El bloque de suelo-cemento como alternativa para la construcción en Costa Rica by daniel pinto

BSC

El bloque de suelo-cemento como alternativa para la construcci贸n en Costa Rica

Daniel Pinto Atmetlla

El bloque de suelo-cemento como alternativa para la construcción en Costa Rica

Universidad Veritas Escuela de Arquitectura Cátedra Holcim Proyecto de graduación para optar por el grado de Licenciatura en Arquitectura Autor: Daniel Pinto Atmetlla carné: 201010186 Profesor tutor: Arq. José Alí Porras Salazar Imagen de portada Bloques de suelo-cemento Fuente: propia

San José, Costa Rica Febrero, 2016

DJ Declaraci贸n Jurada

Yo, Daniel Pinto Atmetlla, mayor, soltero, estudiante, vecino de San Pedro, Montes de Oca, portador de la cédula de identidad número 1-1510-0920, conocedor de las penas con las que la ley castiga el delito de perjurio, declaro bajo fe de juramento, ser el autor del presente proyecto de graduación, para optar por el grado de Licenciatura en Arquitectura denominado: “El bloque de suelo-cemento como alternativa para la construcción en Costa Rica” ________________________________ Daniel Pinto Atmetlla Cédula número: 1-1510-0920

AP Aprobaci贸n del Proyecto de Graduaci贸n

________________________________ Arq. José Alí Porras Salazar Tutor

________________________________ Ing. Alonso Poveda Montoya Lector

________________________________ Ing. Edgar Solano Barrantes Lector

A Agradecimientos

En primera instancia, quiero extender un enorme agradecimiento a mis padres por su apoyo y esfuerzo brindados a lo largo de toda mi formación académica. También quiero agradecer a mis hermanos, Rafa t, Manfred y Fer por sus valiosos consejos y ayuda en todo este proceso. Por otro lado, quiero extender un especial agradecimiento al director de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica, MSc. Rolando Mora, así como al personal del Laboratorio de Geomecánica, Luis Meneses, Javier Alvarado, Luis Alonso González y Fabián Campos, por los conocimientos y ayuda facilitados a lo largo de la investigación, tanto para la elaboración del Mapa de Suelos, así como para determinar la granulometría y plasticidad de los suelos y realizar las pruebas de compactación de las distintas mezclas. De igual manera, agradezco enormemente a la coordinadora del

Centro de Investigación en Vivienda y Construcción (CIVCO) del Instituto Tecnológico de Costa Rica, Ing. Giannina Ortiz, al igual que al Ing. Alonso Poveda e Ing. Rommel Cuevas por la asesoría y ayuda brindada para determinar la granulometría, elaborar y evaluar la resistencia a compresión axial de los especímenes. Igualmente agradezco a los técnicos del laboratorio, a Heiner Navarro, por su ayuda con la prueba del hidrómetro, a Juan Carlos Coto, Luis Carlos Calvo y Eduardo Arce, por la asistencia para realizar las pruebas de resistencia a compresión axial. Adicionalmente, quiero agradecer a Alfredo González y César Carrascal por el aporte en el diseño de los moldes, y a Jean Venegas e Ignacio Villarreal por su ayuda con la elaboración. Finalmente agradezco el tiempo y el interés por esta investigación a David Blanco, Edgar Solano, Daniel Acuña, Carlos Iglesias e Irene Campos.

TC Tabla de Contenidos

Resumen Introducción

1 3

A. ANTECEDENTES HISTÓRICOS A.1 Orígenes de la construcción con suelo A.2 Auge de la construcción con suelo A.3 Técnicas desarrolladas A.4 Desuso de la construcción con suelo A.5 Recuperación de la construcción con suelo A.6 Situación actual internacional A.7 Construcción con suelo en Costa Rica A.8 Situación actual nacional

5 7 9 11 13 13 15 17 19

B. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA B.1 Problematización B.2 Árbol de problemas B.3 Pregunta de investigación B.4 Objetivos de Investigación

21 23 24 25 26

C. MARCO TEÓRICO C.1 Materialidad C.2 El nuevo paradigma de la materialidad C.3 El suelo como material constructivo C.4 De lo cocido a lo crudo C.5 Suelo-cemento C.6 El suelo

27 30

D. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN D.1 Metodología D.2 Diseño del experimento

33 43 45 47 53 63 65 69

E. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN E.1 Sitio de extracción E.2 Propiedades del suelo E.3 Bloques de suelo-cemento E.4 Resistencia del bloque E.5 Análisis comparativo E.6 Nuevas morfologías

79 81 91 107 121 127 131

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

137

BIBLIOGRAFÍA ANEXOS

141 145

Resumen

Desde los sucesos ocurridos por el sismo de Cartago, en 1910, la construcción con suelo en Costa Rica ha decaído hasta el punto de su abandono en la actualidad. Asimismo, se ha dejado de lado la investigación en este campo, lo cual es preocupante ya que, ha pasado más de un siglo desde el siniestro y nuevas técnicas y tecnologías en la construcción con suelo se han desarrollado en otros países. Entre ellas se encuentra el suelo-cemento, investigado ampliamente desde la década de 1930’s, mostrando resultados positivos para usos constructivos. La importancia de este documento no radica únicamente en investigar el material, poco estudiado en el país, sino que además es pertinente valorarlo como una alternativa ante los nuevos retos para la arquitectura del siglo XXI, donde se apela a una mayor eficiencia energética en el ciclo de vida de las construcciones, con menor impacto ambiental y económico. Es por ello que se decide desarrollar un bloque de suelo-cemento, como alternativa para la construcción de muros en Costa Rica. Para lograrlo, se plantea una metodología, con el fin de seleccionar el sitio de extracción de la materia prima, el suelo, para caracterizarlo y evaluar su idoneidad en la elaboración del bloque. Posteriormente, se crea una serie de especímenes, los cuales son fallados a compresión axial (f’m) para evaluar su resistencia. Asimismo, se analiza el costo del mismo bajo determinadas condiciones de producción. La investigación concluye que el bloque, bajo determinadas premisas, es viable para uso no estructural en la construcción en Costa Rica, por lo que sí se perfila como una alternativa. Con estos resultados se marca un precedente para el desarrollo de nuevas investigaciones donde se estudie al suelo como material constructivo. 2

Introducci贸n

La presente investigación no pretende abarcar todos los conocimientos en cuanto a la construcción con suelo, así como tampoco del bloque de suelo-cemento. Antes que nada, el estudio pretende poner en evidencia un tema poco analizado y discutido en el país, la construcción con suelo. Si bien el uso en edificaciones ha sido abandonado por razones de seguridad de la población a principios del siglo XX, no se justifica que la investigación en el tema también lo haya hecho. Sin importar la causa, es importante retomar el tema de la forma más seria y objetiva posible, con el fin de conocer realmente los aspectos positivos y deficientes del material, para lo cual es inevitablemente necesaria la investigación. A partir de ello es que se plantea este estudio, el cual tiene como objetivo desarrollar un bloque de suelo-cemento como alternativa para la construcción en Costa Rica. Para lograrlo, se decide recurrir a diferentes campos del conocimiento más allá de la arquitectura, tomando en cuenta la geología, geotecnia, ingeniería en construcción, ingeniería industrial, historia, entre otros. Con ello se obtiene un estudio que sirve como punto de partida para el desarrollo posterior de nuevas investigaciones en el tema, no solo del bloque de suelo-cemento, sino que además, de la construcción con suelo. 4

AH A. Antecedentes Hist贸ricos

Imagen 01. Muro de suelo y paja moldeado a mano. Fuente: propia 6

“La arquitectura de tierra es, por excelencia, la arquitectura del hombre, la arquitectura de la vida.” Hassan Fathy

El suelo corresponde a uno de los más importantes, influyentes y antiguos materiales en el desarrollo de la humanidad. Este se ha utilizado de múltiples formas desde hace más de 30.000 años (Lepsch, 2010), a lo largo de todo el planeta, para satisfacer las necesidades más básicas, entre ellas proveer de alimentos, pigmentos, herramientas, utensilios y otros objetos para el resguardo, almacenamiento y protección, identificando y seleccionando los suelos de forma empírica, dependiendo de sus características físicas de coloración, olor y textura. Sin embargo, se utiliza como material constructivo desde hace 10.000 años (Consejo Nacional de Desarrollo, 1991), en la región de Medio Oriente, específicamente Mesopotamia, Egipto, Babilonia, Asiria, Caldea, para generar espacios habitables. Es, a partir de aquí, que comienza una larga tradición de construcción con suelo, manifestada a través de una gran diversidad de técnicas que, incluso, han sido heredadas en muchas regiones hasta la actualidad. 7

A.1 Orígenes de la construcción con suelo Uno de los primeros elementos constructivos utilizados en la historia fueron los bloques de barro realizados a mano y secados al sol. Estos surgen entre el año 8.300 y 7.600 a.C. (López et al, s.f.), empleando formas similares a la hogaza de pan, principalmente, así como esferas, conos, cilindros y paralelepípedos. Entre el año 7.600 y 6.600 a.C. (López et al, s.f.), se modifica la morfología del bloque, siendo esta más delgada, alargada y prismática. Sin embargo, no es sino entre los años 6.900 y 5.300 a.C. (López et al, s.f.), que se inventa el molde con fondo hueco en Mesopotamia, a partir del cual se generan bloques ortogonales con vértices y aristas bien definidos, como se muestra en el Diagrama 01. Si bien, a partir de su creación las técnicas y procedimientos de moldeo han variado en algunos casos, la morfología se ha modificado muy poco, manteniéndose vigente aún en la actualidad no solo en la elaboración de bloques de suelo, sino que también en otros materiales.

Diagrama 01. Orígenes de la construcción con suelo. Elaboración propia Fuente: Varios autores

30.000 a.C. Suplir necesidades básicas (alimentación - pigmentos - objetos)

10.000 - 8.000 a.C. Construcción con suelo en Medio Oriente

8.300 - 7.600 a.C. Bloques con forma de hogaza de pan, moldeados a mano

7.600 - 6.600 a.C. Morfologías más delgadas y alargadas

6.900 - 5.300 a.C. Se crea el molde en Mesopotamia

A.2 Auge de la construcción con suelo Desde el año 8.000a.C. (Serna, 1990), se tienen registros de los primeros asentamientos humanos, como el de Jericó en Palestina (8.000a.C.), Ganj-Dareh en Irán (7.000a.C.), Çatalhöyük en Turquía (6.600 5.600a.C.). No obstante, la construcción con suelo no se limitó exclusivamente al desarrollo de refugios, viviendas y grandes poblados, también se crearon monumentos, centro ceremoniales, templos, incluso construcciones defensivas, lo que demuestra la flexibilidad de usos que se le otorga al material. En prácticamente todas las civilizaciones, sin importar el clima o la cultura, la construcción con barro se ha encontrado presente, gracias a desarrollos propios heredados generación tras generación, como por los procesos de expansión, invasión y colonización comunes en la historia de la humanidad (Neves, 2011), los cuales permitieron el intercambio de conocimientos, creando adaptaciones y combinaciones para mejorar los sistemas desarrolladas, lo que se resume en un gran mosaico de técnicas, algunas similares, pero con variantes regionales (Garzón, 2011), como se muestra en la Imagen 01 y 02. El uso del suelo se extiende a lo largo de todo el globo, gracias a la abundancia y disponibilidad de la materia prima, prácticamente existente en toda la superficie terrestre, exceptuando los polos, lo que facilita su obtención y posterior fabricación e instalación de elementos (Guerrero, 2011). Adicionalmente, el material posee cualidades de inercia térmica que lo hace energéticamente eficiente y confortable, según Eduardo Prieto (Fernández, 2014), lo que evidencia la viabilidad de utilizar el material en la construcción. 9

Imagen 02. Muro de adobes en Santo Domingo de Heredia. Fuente: propia 10

A.3 Técnicas desarrolladas Si bien la mampostería, es la primera y más utilizada de las técnicas, con el paso del tiempo se generan otras, producto de la constante evolución, cambio y adaptación a las condiciones locales, tanto climáticas como de recursos. Es por ello que se introducen nuevas herramientas y materiales con el objetivo de mejorar los rendimientos y acelerar los procesos constructivos. Asimismo, se emplean aditivos y estabilizantes en las mezclas, con el fin de modificar las características mecánicas del material y con ello su resistencia y durabilidad. A partir de ello, se crean nuevos sistemas, los cuales se ven plasmadas en la “Rueda de Técnicas” (Houben et al, 1989), como se muestra en el Diagrama 02, donde se categorizan de forma sintetizada las diversas técnicas. Para efectos de esta investigación se definen tres grandes grupos de sistemas, los de mampostería, los monolíticos y los entramados, como se muestra en el Diagrama 03. En la mampostería, se incluyen todas las técnicas de apilamiento de unidades individuales prefabricadas como lo son los bloques secados al aire, los bloques prensados de forma manual o hidráulica, los textiles y las geomallas rellenas, y los bloques con vegetación, los cuales son colocados de forma expedita en sitio para conformar el muro. En los monolíticos, se incluyen aquellas técnicas de vertido, aplicación directa o apisonamiento de la mezcla en sitio con uso o no de moldes o formaletas, los cuales una vez finalizados o secados, generan una elemento continuo, sólido, pétreo y homogéneo. Por último, los entramados consisten, básicamente, de un entretejido con fibras naturales, vegetales o leñosas, como madera, caña, bambú, guadua; o industriales, como acero o plástico, 11

que conforman un esqueleto interno el cual es, posteriormente, recubierto con barro para formar el paramento. La riqueza de este sistema radica en la diversidad de diseños de tramas y tejidos existentes. A diferencia de los otros dos sistemas, el suelo no tiene una función estructural, sino de cerramiento.

Mampostería

Monolítico

Entramado

Diagrama 03. Sistemas de construcción con suelo. Elaboración propia

Diagrama 02. Rueda de tĂŠcnicas. Fuente: Houben y Guillaud (1989)

A.4 Desuso de la construcción con suelo Si bien la construcción con suelo se emplea desde hace miles de años, con la llegada de la Revolución Industrial en el siglo XIX, como se observa en el Diagrama 04, ocurre una situación particular en occidente ya que, con el surgimiento y popularización de nuevos materiales como el acero, el vidrio y el concreto, se abandona, en gran medida, este tipo de construcción (Neves, 2011) y, con ello, los conocimientos adquiridos en todo el proceso histórico, principalmente en los países desarrollados. A.5 Recuperación de la construcción con suelo No obstante, entre 1890 y 1940, resurge el interés por la construcción con suelo (Consejo Nacional de Desarrollo, 1991) y, en la década de 1930’s (Neves, 2011), se realizan estudios científicos y metódicos de estabilización de suelos con aglomerantes, especialmente cemento, a partir del cual se genera un nuevo material, el suelo-cemento, con resultados muy positivos a nivel constructivo, tanto en el uso de superficies de rodamiento, como en bloques para muros (De la Fuente, 1995). En este último caso, el sistema gana fuerza con la invención de la prensa manual Cinva-Ram en la década de 1950’s en Colombia, capaz de crear bloques de suelo comprimido, y de suelo-cemento, a partir de una prensa mecánica accionada manualmente. De esta forma, en el siglo XX no solo se valora recuperar el suelo en la construcción, sino que además, desarrollar nuevas técnicas y tecnologías, a partir de los nuevos conocimientos industriales. Este desarrollo tecnológico se ve potenciado con la crisis económica de 1973, donde se da el renacimiento de 13

la construcción con suelo como opción más económica para la construcción (Serna, 1990). Así, aparecen otras nuevas tecnologías como el sistema Quincha Prefabricada, desarrollado en 1984, en Perú, por Aníbal Díaz, del Instituto Nacional de Investigación y Normalización de la Vivienda, el cual consiste de un entramado en madera y caña desarrollado de forma industrial, que es llevado al sitio de construcción y cubierto con un revestimiento de barro, como solución a la necesidad de vivienda digna, durable y segura. Este periodo de la historia moderna es importante para el desarrollo de nuevas técnicas en a construcción con suelo ya que, si bien con la Revolución Industrial se deja de lado inicialmente, más adelante son revisadas las técnicas tradicionales y, a partir de los nuevos conocimientos industriales, tanto en materiales como sistemas de producción, no solo se recuperan, sino que además se mejoran, como se muestra en los ejemplos mencionados anteriormente.

Diagrama 04. Construcción con suelo en la modernidad. Elaboración propia Fuente: Varios autores

Siglo XIX Mejoramiento y aparición de nuevos materiales (acero, vidrio y concreto). Se le resta importancia a la construcción con suelo

1890 - 1940 Resurge el interés por la construcción con suelo

1930`s Estudios de estabilización de suelo con cemento. Se crea el suelo-cemento

1950`s Se inventa en Colombia una máquina para hacer bloques de suelo comprimida conocida como Cinva - Ram

1973 Con la crisis económica se da el renacimiento de la construcción con suelo, como opción más económica

1984 Se crea el sistema Quincha Prefabricada en Perú 14

A.6 Situación actual internacional Actualmente el suelo es utilizado en sus diferentes técnicas constructivas, implementando métodos tradicionales, así como contemporáneos, enfocándose principalmente en el desarrollo de vivienda. Y es que un tercio de la población mundial actual habita en este tipo de construcciones, del cual el 50% corresponde a regiones rurales y un 20% a zonas urbanas de países en desarrollo (Serna, 1990). Es por ello que, como se muestra en el Mapa 01, la construcción con barro se encuentra ampliamente expandida a lo largo de todo el planeta, con gran difusión especialmente en las regiones tropicales, pero con presencia también en las zonas templadas, especialmente al norte de Europa, Australia y al sur de América y África.

Sitios con tradición en la construcción con suelo

Mapa 01. Construcciones con suelo en el Mundo. Fuente: CRAterre

Construcciones con suelo patrimonio de la humanidad

A.6.1 Enfoques actuales Si bien la vivienda representa una de las vertientes con mayor implementación a nivel mundial, como se mencionó anteriormente, hoy en día existen otros enfoques donde la construcción con suelo se ha perfilado. Según Luis Maldonado (Fernández, 2013), actualmente existen tres. A.6.1.1 La arquitectura tradicional Esta se encuentra ligada, específicamente, a la intervención, restauración y conservación de obras con valor patrimonial, así como la recuperación y difusión de los conocimientos constructivos de las diversas técnicas tradicionales heredadas a través de generaciones, con el fin de valorar su importancia e impacto en el desarrollo de los pueblos.

A través de este enfoque, también se recuperan la arquitectura tradicional y social, ya que se parte de los conocimientos existentes, para realizar estudios en aras de mejorarlos y/o desarrollar otros nuevos que luego puedan ser utilizados en la construcción. Para efectos de esta investigación, se tomará como referencia este último enfoque.

A.6.1.2 La arquitectura social Responde a una demanda social de vivienda. En este sentido, es la construcción que posee actualmente la mayor proyección. El 80% de las viviendas en países en vías de desarrollo se construyen con suelo como material básico de construcción (Fernández, 2013). Estas construcciones se enfocan en el acceso a la vivienda digna, de los sectores más necesitados de la sociedad. A.6.1.3 La arquitectura avanzada A través de ella se investiga e implementan técnicas tanto tradicionales como contemporáneas. Parte de los conocimientos existentes de los sistemas artesanales para que, a través de la investigación, se amplíen y evalúen los mismos, y así poder desarrollar nuevas tecnologías en la construcción con suelo aplicando los sistemas industrializados, para crear edificios contemporáneos de mayor eficiencia energética y menor impacto negativo, especialmente ambiental y económico. 16

A.7 Construcción con suelo en Costa Rica En el caso específico de Costa Rica, antes del siglo XVII, el suelo no era utilizada como material constructivo, ya que las poblaciones nativas habitaban en palenques, conformados por una estructura de troncos y ramas, la cual era cubierta con un entretejido de hojas secas (Gutiérrez, 2007). Sin embargo, con la llegada de los españoles en ese mismo siglo, se introduce su uso con la técnica del adobe, principalmente, así como el tapial y bahareque. Su uso se adapta tan eficientemente al nuevo contexto que se emplea por más de tres siglos (Gutiérrez, 2007). Esto es así por la situación socio-económico que vive Costa Rica, donde predomina la escasez y pobreza, debido al aislamiento de los núcleos políticos de Guatemala, México y Perú, por lo que la construcción con suelo fue una solución práctica y económica para el problema de la vivienda en aquella época. Las mezclas empleadas para realizar los bloques, consisten básicamente en el uso de barro con césped picado y bagazo de caña de azúcar, pisado por bueyes (Gutiérrez, 2007). Durante la colonia, la construcción con suelo evoluciona, mejorándose las técnicas, así como las mezclas, llegando, en el siglo XIX, a popularizarse el adobe en el Valle Central y Guanacaste, por razones climáticas y políticas, dada la gran influencia española (Gutiérrez, 2007). Dentro de este desarrollo, se emplea la madera revestidas con caña brava y barro, sistema conocido como bahareque (Gutiérrez, 2007), el cual se muestra en la Imagen 03, con una mayor elasticidad que el adobe, siendo menos propenso a ser derribado por los sismos que ya se percibían en el país. De esta forma el suelo se convierte en el principal material de la arquitectura colonial, respondiendo a las 17

necesidades socio-económicas, dada la gran disponibilidad y sencillos procesos de producción y construcción. Este sistema resultó ser una solución no solo vernácula, sino que también lógica, ante la poca diversidad material, falta de experiencia y conocimiento constructivo, escasez de mano de obra y herramientas adecuadas disponibles en el país. Sin embargo, pese a los amplios conocimientos desarrollados en todo este proceso, se da un punto de ruptura luego del terremoto de Cartago de 6.5 grados Richter ocurrido el 4 de mayo de 1910, a partir del cual se prohíbe, vía decreto ejecutivo, la construcción con adobe, esto por razones de prevención y seguridad de la ciudadanía ante un nuevo siniestro. Producto de dicha prohibición, se refuerza en el país la construcción de casas de madera y ladrillo, siendo luego sustituidos por el uso de concreto armado, así como bloque de concreto, hasta la actualidad (Gutiérrez, 2007). En 1974, aparece el primer Código Sísmico de Costa Rica, donde se ratifica la prohibición, hasta la actualidad, de la construcción con suelo dentro de las estructuras sismo-resistentes, es decir a nivel estructural. Sin embargo, se deja abierta la posibilidad de su uso a nivel no estructural.

Diagrama 05. Construcción con suelo en Costa Rica. Elaboración propia Fuente: Gutiérrez (2007)

Antes del Siglo XVII Los indígenas habitan en palenques (entretejido de hojas secas y ramas)

Siglo XVII Españoles evolucionan la vivienda con el uso del adobe (herencia hispánica)

Siglo XIX Se expande en el Valle Central y Guanacaste, por razones climáticas y políticas

1910 Terremoto de Cartago Prohibición para construir con suelo

1974 Se prohíbe el uso del adobe, tapial y bahareque como sistemas estructurales

1974 - 2015 Pocas investigaciones y desarrollo de tecnologías constructivas con suelo 18

A.8 Situación actual nacional Desde la prohibición, en 1910, hasta la actualidad, el uso del suelo en la construcción ha sido prácticamente abandonado en el país, incluso para usos no estructurales. Sin embargo, también se ha dejado de lado la investigación para el desarrollo de nuevas tecnologías constructivas con suelo, lo cual es importante revisar ya que ha pasado más de un siglo desde la prohibición y, como se ha mencionado en apartados anteriores, nuevos materiales y técnicas han sido desarrollados. La escasez de información en este campo, queda confirmada con los pocos estudios existentes en el país ya que, si bien se ha analizado exhaustivamente el suelo-cemento para uso en bases, sub-bases y superficies de rodamiento, poco se ha estudiado el bloque para la construcción de muros. En este sentido, existen dos investigaciones correspondientes a proyectos de graduación de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica. El primero, desarrollado en 1982 por Jorge Sánchez Amador, titulado “Suelo-cemento”, y el segundo, realizado en 1983 por Jorge Luis Chaverri, titulado “El ladrillo de suelo-cemento. Su comportamiento individual y en paredes.” Si bien la información que en ellas se encuentra es muy valiosa, está desactualizada, y nuevas investigaciones en este sentido no han sido continuadas, lo que ha provocado el estancamiento en este desarrollo, como lo constata el Centro de Investigación en Vivienda y Construcción (CIVCO), del Instituto Tecnológico de Costa Rica, así como el Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales (LANAMME), de la Universidad de Costa Rica, lo que ha provocado la consolidación del abandono que se ha venido experimentando. 19

Imagen 03. Muro de bahareque en la Ciudad de Cartago. Fuente: propia 20

PP B. Planteamiento del Problema

Imagen 04. Muro de bahareque en Santo Domingo de Heredia. Fuente: propia 22

B.1 Problematización

En esta sección se plantea el problema de la presente investigación, donde se explica la problemática detectada, se genera un árbol de problemas y se concluye con la pregunta y objetivos de investigación. 23

A partir de los Antecedentes Históricos, se detecta que no sólo la construcción, sino que además la investigación del suelo como material constructivo ha sido dejada de lado en Costa Rica. Si bien existen prohibiciones para el uso estructural de algunas técnicas de construcción con suelo, el adobe, bahareque y tapial, esto no justifica el abandono de índole investigativo, ya que ha transcurrido más de un siglo desde la prohibición, y nuevas técnicas y tecnologías en la construcción con suelo han sido desarrolladas a nivel mundial. Mientras tanto en Costa Rica poco se ha investigado acerca de nuevos métodos para la construcción con el material. Es por lo anterior que el presente proyecto se propone a investigar una de esas tecnologías, que si bien no es la más reciente, ha tenido gran éxito en otros países. Esta corresponde al suelo-cemento, del cual existen algunas investigaciones en el país, sin embargo, debido a que fueron creadas en 1980’s, estas se encuentran ya desactualizadas. La importancia de retomar la investigación del suelo-cemento, radica en la oportunidad que existe para valorarlo como material alternativo para la construcción de muros en Costa Rica.

problema

poco conocimiento técnico

poca investigación y desarrollo de tecnología en la construcción con suelo como alternativa para la construcción en Costa Rica

síntomas

mala interpretación de la legislación

escasez de datos y desinformación en la construcción con suelo

efectos

causas

B.2 Árbol de problemas

abandono de los sistemas constructivos con suelo

B.3 Pregunta de investigaci贸n

驴C贸mo desarrollar un bloque de suelo-cemento como alternativa para la construcci贸n en Costa Rica?

B.4 Objetivos de investigación

B.4.1 Objetivo general Desarrollar un bloque de suelo-cemento como alternativa para la construcción en Costa Rica.

B.4.2 Objetivos específicos Seleccionar el sitio de extracción, tomando en cuenta las características granulométricas y plásticas de los suelos en el país, con el fin de obtener la materia prima. Analizar las propiedades físicas del material extraído para valorar su uso en la elaboración de los bloques de suelo-cemento. Realizar un experimento donde se evalúe la resistencia a compresión axial (f’m) de los bloques de suelo-cemento, a partir de diferentes mezclas. Analizar el costo y resistencia a compresión axial (f’m) del bloque, a partir de una mezcla seleccionada, para conocer su factibilidad de uso.

MT C. Marco Te贸rico

Imagen 05. Piedra y barro, materiales con alta eficiencia energĂŠtica. Fuente: propia 28

En este capítulo se analiza la materialidad en la arquitectura, la crisis del paradigma actual ante los retos del siglo XXI, así como el desarrollo de un nuevo paradigma que busca, a través de los materiales una mayor eficiencia energética, empleando los conocimientos tradicionales y las nuevas tecnologías, con el fin de mitigar los impactos negativos sobre el ambiente. Dentro de estos materiales, como se muestra en la Imagen 05, se incluye el suelo, siendo de interés para esta investigación, específicamente el suelo-cemento. Con el fin de conocer más acerca de este material poco investigado en el país, se explican sus principales características técnicas y de composición. Asimismo, se profundiza en las características de los suelos, dada su importancia al ser la materia prima en el estudio. 29

C.1 Materialidad

La materialidad juega un papel fundamental para crear y construir arquitectura. Es a través de ella que se genera las calidades espaciales y emociones, las cuales son logradas por medio de la técnica y tecnología.

C.1.1 Calidad espacial y emoción La materia es el medio a través del cual surge y se crea la arquitectura. Es la forma en que el pensamiento es traducido a la realidad, mediante la técnica y tecnología. Según Aparicio (2000), la arquitectura nace del encuentro entre la idea y la materia, donde la idea se vincula con lo universal, y la materia con lo particular de la arquitectura, a través de las cuales se generan emociones. De este forma la materialidad juega un papel fundamental, despertando los sentidos, incluso la memoria. Esto se debe a que a través de ella se encierran los espacios, siendo la luz, transparencia, textura, color, entre otros, componentes que influyen en los sentidos, o como menciona Aparicio (2000), la arquitectura es emoción que se habita. Sin embargo, actualmente las construcciones han dejado de lado esa emotividad, producto del uso exclusivo de materiales industriales, como el acero y el vidrio, que no expresan la esencia, el origen, ni la edad de la materia, ya que son sintéticos y fríos. No obstante los materiales predecesores a estos, los pétreos, como la piedra y la tierra, son más auténticos, por su simbolismo y envejecimiento en el tiempo, dejando al descubierto su historia, su edad y su origen. Para Aparicio (2000), la materia es definida como aquello con lo cual algo se hace, en el sentido de un proceso natural y en el sentido de una producción humana. De esta forma los procesos naturales revelan la verdadera identidad de la materia, mientras que los producidos por el hombre son un artificio. En el caso de la arquitectura, esta es creada por el hombre, por lo que nunca será natural. No obstante, no por ello se debe descartar de forma directa el uso de materiales naturales, los cuales le otorgan un mayor enriquecimiento 30

sensorial y técnico a las construcciones, sin que ello signifique dejar de lado los materiales industriales. En este sentido, cabe destacar el trabajo de dos arquitectos que muestran un excelente uso de la materia, reflejada a través de su arquitectura. Estos son el Arq. Luis Barragán y el Arq. Frank Lloyd Wright. El primero, como se muestra en la Imagen 06, se caracteriza por el empleo de volúmenes pesados, sólidos, macizos y estáticos, de presencia imponente, entendiendo el grosor del muro, dejando al descubierto el material y su envejecimiento por factores climáticos. Su arquitectura refleja, de la forma más natural y honesta, los materiales que emplea. Por otro lado, se encuentra la arquitectura orgánica de Frank Lloyd Wright, que nace del sitio, para el sitio, haciendo uso de materiales locales, manteniendo la memoria del lugar, lo cual le otorga una fuerte emotividad a sus proyectos, como sucede en la Casa de la Cascada. Sin embargo, se debe tener presente que la materia no solo genera emociones, también es sinónimo de cobijo y refugio, ya que a través del material envolvente se encierran los espacios y se cumple una de las funciones primordiales de la arquitectura, la protección del humano. No obstante, para poder llegar a generar esos espacios habitables, no basta con el material, sino que se deben conocer sus características y posibilidades constructivas, alcanzadas por medio de la técnica y tecnología. C.1.2 Técnica y Tecnología Según Ching (2010), la arquitectura se percibe a través del movimiento en el espacio-tiempo que se alcanza por medio de la tecnología. Cada época posee tecnologías diferentes, logradas a través de conocimientos y técnicas propias que 31

las diferencian unas de otras, respondiendo a las necesidades inmediatas de un tiempo y lugar específicos. El desarrollo de estrategias que logren solventar las necesidades espaciales y estructurales de la arquitectura por medio de la técnica, es parte importante a la hora de proponer o retomar nuevas tecnologías. Para Aparicio (2000), se vinculan la materia a la idea de lugar, de proceso natural y de producción humana. En este sentido el desarrollo de tecnologías debe tomar en cuenta el contexto y realidad donde se desenvuelve. Para van der Rohe (1950), la tecnología tiene sus raíces en el pasado. Domina el presente y tiende al futuro. Es un verdadero movimiento histórico, uno de los grandes movimientos que dan forma, representan y trascienden dentro de una época. Actualmente, es necesario adentrarse en el desarrollo de materiales contemporáneos, propios de esta época, respondiendo a los nuevos retos, necesidades, exigencias y demandas, directamente relacionados con el impacto social, ambiental y económico de la construcción del siglo XXI.

Imagen 06. Casa-estudio Luis Barragรกn. Fuente: Omar Bรกrcena 32

C.2 El nuevo paradigma de la materialidad

Desde la modernidad, el lenguaje arquitectónico de las construcciones es fuertemente modificado, incluida la materialidad, debido a que, con los nuevos materiales de la época, la arquitectura se vuelve más ligera, etérea y efímera, enfocada en la transparencia y pureza de los materiales. Sin embargo, en la contemporaneidad, ante los nuevos planteamientos sostenibles en la construcción, es importante revisar e investigar otros materiales que enfrenten y ayuden a solventar esos retos. 33

C.2.1 Mass is more Con esta frase de Luis Fernández Galiano (Arquitectura Viva, 2014), modificada de la original del célebre arquitecto Mies van der Rohe, “less is more”, se genera un distanciamiento al planteamiento y concepción moderna de la arquitectura, vigente aún hoy en gran medida. Desde la modernidad, se ha mantenido el paradigma de la arquitectura de planos, ligera, transparente, diáfana y efímera, lograda gracias a los materiales desarrollados en la época industrial del siglo XIX, especialmente el vidrio y el acero, los cuales generaron fascinación en el humano. Estos se posicionaron rápidamente en la construcción frente a los sistemas heredados de la época medieval, caracterizados por el uso de materiales pétreos, con un lenguaje arquitectónico sólido, grueso y pesado. Los nuevos materiales y sistemas, permitieron mejorar los procesos constructivos, haciendo más eficiente la construcción y flexibilizándola hasta el punto de generar grandes luces y alturas antes impensables. La ligereza de los edificios permitieron abaratar costos iniciales, generar una nueva estética, pero sobre todo un nuevo modo de entender el mundo. Lo efímero se convirtió en un modo de vida, tanto el consumismo, como la cultura del desperdicio aparecieron. Como menciona Eduardo Prieto (Arquitectura Viva, 2014), vivimos en una época liviana, donde lo pesado ha enmudecido del todo. No obstante, con el paso del tiempo y la llegada al siglo XXI, se genera una nueva postura y actitud frente a la forma de abordar la arquitectura. Las crisis económicas y ambientales actuales conllevan a valorar la austeridad y eficacia de las construcciones. De esta forma los ideales contemporáneos aparecen, enfocados en la eficiencia energética, bajo costo e impacto

ambiental y social negativo, es decir, el paradigma de la sostenibilidad. Debido a lo anterior se vuelve necesario recuperar la masa y el grosor en la arquitectura, más que por motivos estéticos y nostálgicos, por una necesidad. Según Eduardo Prieto (Arquitectura Viva, 2014), proyectar desde la masa implica pensar la arquitectura como un todo. En este sentido al proyectar desde o con la masa, no solo se adquieren ventajas energéticas, sino además un lenguaje arquitectónico puro y honesto, donde la materialidad queda al descubierto, para que pueda cumplir, correctamente, con sus funciones, al mismo tiempo que posee una larga vida útil y, en muchos casos, los materiales pueden ser reutilizados o recuperados. Afortunadamente, este planteamiento no es nuevo, por lo que ya se ha comenzado a valorar nuevamente este tipo de arquitectura, así como su estética de volúmenes pesados, sólidos, fijos y consolidados, dentro del lenguaje arquitectónico contemporáneo, en busca de mejorar la eficiencia energética de las construcciones. Para ello, recuperan este lenguaje a través de nuevos sistemas constructivos, pero que inevitablemente llevan implícitos consigo una fuerte memoria y simbolismo hacia los sistemas más antiguos y primitivos de la humanidad, las construcciones macizas.

contemporáneas. Entre ellos se analiza un el Ricola Herb Center, en Laufen, Suiza, así como el Centro de Invidentes en Iztapalapa, México. Estos proyectos demuestran, no solo la viabilidad, sino también rentabilidad para realizar estas construcciones, con menor impacto energético y cualidades espaciales excepcionales. Resaltan métodos de prefabricación, combinación de técnicas tradicionales e industriales, instalación rápida y eficiente, evaluación de mezclas, además de una integración con el contexto y el manejo de texturas.

C.2.2 La construcción con suelo En este nuevo paradigma de la arquitectura de la masa, la construcción con suelo se convierte en una opción a reconsiderar debido a sus múltiples ventajas energéticas, ambientales y económicas. En la actualidad existen proyectos que han utilizado el suelo, dentro de los materiales en sus diferentes técnicas constructivos, implementando métodos tradicionales, así como tecnologías 34

C.2.2.1 Ricola Herb Center Arq. Herzog & De Meuron Laufen, Suiza Este proyecto refleja en gran medida el nuevo paradigma de la masa ya que se logra una alta eficiencia energética por medio de la envolvente utilizando, al mismo tiempo, materiales locales. Debido a la función que cumple el edificio en el procesamiento y almacenaje de hierbas, se parte de la premisa de lograr una temperatura y humedad interna estable a lo largo de todo el año. Para lograrlo, se analizan dos posibilidades, utilizar estrategias activas como calefacción y aire acondicionado, o emplear estrategias pasivas, seleccionando un material con alta inercia térmica. En este caso, se selecciona la segunda opción, para lo cual se crean muros de 45cm de espesor con materiales como grava y arena, obtenidos dentro de un radio de 10km a la redonda, así como se emplea el suelo extraído de la misma excavación del edifico. A partir de los materiales obtenidos del sitio y sus inmediaciones, se realiza un estudio detallado de diferentes mezclas, como se muestra en la Imagen 08, con el fin de seleccionar la más idónea a emplear en los paneles. De esta forma se genera un material resistente a los diversos factores climáticos, así como se alcanza una gran masa térmica y porosidad, que contribuyen a mejorar el comportamiento energético del edificio, evitando saltos repentinos de temperatura controlando, al mismo tiempo, la humedad ambiental. Los paneles son confeccionados en las cercanías del proyecto, con dimensiones de 4.35mx1.35m y 4 toneladas de peso, auto portantes. Para su producción, se emplean técnicas tradicionales de tapial, así como métodos de prefabricación, lo que permite una producción ágil, rápida y eficiente, lo que se traduce en 35

un ahorro en los tiempos y costos de fabricación (Ver Imagen 09). De igual forma este proceso facilita la instalación, ya que en el sitio de construcción son colocados rápidamente. Con el fin de mejorar al máximo el rendimiento de los paneles y potenciar sus propiedades naturales de control higrotérmico, se mantienen expuestos, con su acabado natural. A nivel estructural, como se muestra en la Imagen 10, se emplean marcos de concreto reforzado como estructura portante primaria, cumpliendo los paneles una función exclusivamente de cerramiento, lo que demuestra la compatibilidad de uso de los materiales naturales e industriales en la construcción contemporánea. Lo más destacable del proyecto es exactamente esa capacidad de crear nuevas tecnologías a partir de las existentes, mejorando la producción, así como se obtiene un producto de excelente calidad que suple las necesidades energéticas del edificio, al mismo tiempo que se integra plenamente al contexto rural en el que se ubica, lo que le otorga una fuerte emotividad.

Imagen 07. Vista exterior del Ricola Herb Center. Fuente: Ricola 36

Imagen 08. Análisis de mezclas. Fuente: Markus Bühler-Rasom y Derek Li Wan Po 37

Markus B眉hler-Rasom Derek Li Wan Po

Imagen 09. Producci贸n de paneles prefabricados. Fuente: Ricola

Imagen 10. Estructura primaria y cerramiento del edificio. Fuente: Ricola 38

C.2.2.2 Centro de Invidentes y Débiles Visuales Arq. Mauricio Rocha Iztapalapa, México Este proyecto se caracteriza por sus propiedades táctiles de textura, plasmadas a través de los zócalos de concreto, así como los muros de barro, los cuales no solo tienen una función de envolvente, sino que además sirven de apoyo para orientar a los alumnos del centro. Debido al escaso presupuesto con el que se cuenta, el arquitecto decide emplear muros de tepetate, bloques de suelo, como cerramiento. Al igual que en el caso anterior, este proyecto hace uso de materiales naturales, así como industriales, combinándolos para obtener mejores resultados tanto estructurales como de confort higrotérmico y de calidad espacial, como se muestra en la Imagen 11 y 12. Asimismo, los sólidos muros permiten que las aulas gocen de una buena acústica, ya que estos aíslan los ruidos del exterior. De este proyecto se rescata la flexibilidad de la construcción con suelo, al integrarse con las tecnologías vanguardistas, para lograr resultados de materialidades más ricas, a nivel de experiencia, así como confort higrotérmico y acústico de la arquitectura.

Imagen 11. Pasaje exterior y cerramientos del proyecto. Fuente: Luis Gordoa 40

Imagen 12. Integraci贸n de materiales naturales e industriales. Fuente: Luis Gordoa 41

C.2.2.3 Conclusiones de los Casos de Estudio Con base a la información analizada en este apartado se determina la importancia de revisar las técnicas tradicionales y los conocimientos industriales con el fin de que sean utilizadas simultáneamente, tanto en los procesos de producción, donde se mejoran los procesos de fabricación, así como en el edificio, permitiendo integrar diversos materiales con funciones específicas, tanto de cerramiento como estructurales. Asimismo, con los casos anteriores, se evidencia la posibilidad de emplear constructivamente el suelo, tanto en bloques, como en otras modalidades, dentro de la arquitectura contemporánea, aportando múltiples beneficios tanto a nivel energético como ambiental y económico. Es por ello que es importante investigar acerca de nuevas tecnologías en la construcción con suelo, que involucre las técnicas tradicionales, así como los conocimientos industriales.

C.3 El suelo como material constructivo

C.3.1 Ventajas - Control de la humedad ambiental, permitiendo que la ideal, de entre 50-70%, se mantenga, mejorando la salud de los ocupantes. Esto se debe a que un adobe absorbe 50 veces más humedad que un ladrillo cocido a altas temperaturas (Minke, 2013). - La disponibilidad y abundancia del material provoca que el costo del mismo sea reducido, ya que no debe de ser producido ni transportado. - Es un buen aislante térmico, reduciendo la transferencia de calor, manteniendo la temperatura interna estable y el confort higrotérmico de los ocupantes (Viqueira et al, 2002). -Posee buenas cualidades para el aislamiento acústico (Viqueira et al, 2002). - Es resistente al fuego debido a que el suelo es un material incombustible que no contiene sustancias inflamables. - Es un material inocuo, no contiene sustancias tóxicas, por lo que una vez cumplida su vida útil se integra nuevamente en el entorno. - El material presenta poca energía incorporada, en cuanto a extracción, transporte y construcción, cuando es obtenido en las cercanías de la construcción y no es sometido a fuertes procesos industriales, lo que se traduce en un bajo consumo energético a lo largo de su ciclo de vida.

Dentro de la visión del nuevo paradigma y la arquitectura de la masa, la construcción con suelo se convierte en una opción a reconsiderar debido a sus múltiples ventajas energéticas, ambientales y económicas, dentro de las cuales resaltan las siguientes: 43

- Posee capacidades sismo resistentes si se aplican las técnicas y refuerzos adecuados. (Minke, 2005) - Los suelos no aptas pueden ser estabilizadas para mejorar su rendimiento estructural.

Debido a los puntos anteriores, es importante analizar y evaluar, desde una perspectiva contemporánea, el suelo como material de construcción, a través del uso de nuevas tecnologías, con el fin de actualizar y modernizar los sistemas. Para ello, se debe entender primero las características, así como los conceptos técnicos del material, ya que a través de ellos será posible, en un futuro, llegar a ser implementadas en la arquitectura, logrando una mayor eficiencia energética, al mismo tiempo que se generan espacialidades de gran sensibilidad.

C.4 De lo cocido a lo crudo

Al hablar de construcción y arquitectura de barro es importante, en primer lugar, comprender que estas emplean al suelo como principal materia prima, de forma cruda, sin cocer. 45

C.4.1 Suelo crudo La diferencia esencial entre el suelo crudo y el cocido se relaciona con el gasto energético necesario para la extracción de materia prima, fabricación, mantenimiento, reciclado, transporte. (Arquitectura Viva, 2013). Asimismo, hay que sumar la contaminación generada a lo largo de su vida útil. Este consumo energético corresponde a uno de los indicadores ecológicos y medioambientales de la arquitectura actual. En este sentido el suelo se convierte en una alternativa, ya que permite un ahorro energético, puesto que no genera residuos, al ser un material natural poco alterado que puede reintegrarse nuevamente en el ambiente al finalizar su ciclo de vida, o el cual puede ser utilizado en nuevas construcciones. De igual forma, debido a que la materia prima se extrae del mismo sitio de construcción se reduce el gasto por razones de transporte. Además, el material posee cualidades higrotérmicas, por lo que no se requieren de estrategias activas para mantener el confort en el interior, reduciendo así el consumo energético del inmueble. Es por los aspectos anteriores, relacionados con la energía, que es importante retomar el uso de materiales crudos, debido a que contribuyen con la disminución del impacto negativo sobre el ambiente, objetivo que es perseguido en este nuevo siglo.

Imagen 13. Esfera de suelo crudo. Fuente: propia 46

C.5 Suelo-cemento

El suelo-cemento es un material producto de una mezcla apropiada de suelo, cemento y agua, que se compacta y elabora con determinadas técnicas, con el fin de mejorar las propiedades mecánicas de un suelo. Esta posee un amplio campo de acción, es relativamente fácil de realizar y los materiales que lo componen son económicos y abundantes. El Portland Cement Association o PCA (De la Fuente, 1995) define al suelo-cemento como una mezcla íntima de suelo, convenientemente pulverizado, con determinadas proporciones de agua y cemento que se compacta y cura para obtener mayor densidad. Cuando el cemento se hidrata la mezcla se transforma en un material duro, durable y rígido. Este sistema, permite utilizar una amplia gama de suelos como materiales de construcción. De esta forma se pueden utilizar los suelos cercanos a las obras, mediante un tratamiento adecuado, para mejorar sus características mecánicas. Así, se reduce el esfuerzo y la energía invertida, además de que permite una construcción mas rápida y ágil, puesto que el material ya se encuentra en la obra. 47

C.5.1 Tipos de suelo-cemento Existen tres tipos de suelo-cemento, el compactado, el plástico y el suelo modificado con cemento (De la Fuente, 1995), siendo el primero el más utilizado y el que se profundiza en esta investigación. C.5.2 Usos del suelo-cemento El suelo-cemento es utilizado para crear bases y sub-bases de carreteras, aeropuertos y estacionamientos, taludes de carreteras, presas y ríos, como muros y pisos, para la reconstrucción de bases falladas, para prevenir erosión en pendientes, revestimiento de canales, construcción de canales para riego, impermeabilización de almacenamientos para agua, estabilización de muros de suelo armado, construcción de silos enterrados, construcción de cimentaciones, construcción de gaviones, sub-base de pavimentos rígidos o flexibles. (De la Fuente, 1995). De esta forma se evidencia la gran flexibilidad de usos que posee el material. Sin embargo para efectos de esta investigación es de interés analizar, específicamente, el bloque de suelo-cemento para uso en muros. C.5.3 Ventajas Como cualquier otro material, el suelo-cemento presenta una serie de ventajas, así como de desventajas. Dentro de las primeras se encuentran (De la Fuente, 1995): - Aumenta la potencialidad del uso del suelo, que normalmente se descarta. - Mejora las características físicas y mecánicas de los suelos. - El tratamiento con cemento es uno de los que más se ha investigado, teniendo resultados muy satisfactorios. - Reduce los tiempos de construcción. Durabilidad bajo condiciones adversas. - Construcción versátil y con flexibilidad de usos.

Imagen 14. Componentes secos del suelo-cemento. Fuente: propia 48

- Las propiedades de resistencia aumentan con el tiempo. - Requiere de un bajo mantenimiento. - Posee una larga vida útil. C.5.4 Desventajas Por otro lado, las principales desventajas son (De la Fuente, 1995): - Una vez introducido el cemento en la mezcla húmeda, la compactación y colocación se debe realizar con rapidez para evitar el fraguado anticipado. - Se requiere de mayores, mejores y ágiles controles de construcción. - Se necesita personal especializado. - La liga entre las diferentes capas es dificultosa. - Falta de conocimientos técnicos de los operarios. C.5.5 Materiales utilizados C.5.5.1 Cemento La función del cemento en la mezcla es doble. Por un lado, actúa como conglomerante de las gravas, arenas y limos. Por otro lado, el hidrato de calcio que se forma al entrar el cemento en contacto con el agua, genera una cadena de reacciones químicas que resultan en la disminución de la porosidad y plasticidad del suelo, así como en el aumento de la resistencia y durabilidad. Según De la Fuente (1995), se puede emplear cualquier tipo de cemento. No obstante, el más utilizado es el Portland normal tipo I, debido a que presenta mejores resultados de resistencia que el tipo II, el cual contiene mayor cantidad de aluminato tricálico y sulfato de calcio. En cuanto a la dosificación, esta puede variar entre 2-25% del peso de la mezcla. El promedio utilizado es del 10% y se procura que no pase del 15% por razones económicas (De la fuente, 1995). Por otro lado, en cuanto a la granulometría, la reacción con suelos 49

granulares (gravas y arenas) ha sido ampliamente estudiada, ya que es similar a la de los concretos. En el caso de los finos (limos y arcillas), en la mayoría de los casos aumenta la resistencia debido a la rápida floculación y acercamiento de las partículas. (De la Fuente, 1995). En lo referente a las partículas de cemento, estas poseen tamaños de entre 0.5 y 100 micras y las arcillas menores a 2 micras. Esto quiere decir que la finura del cemento es de 288cm²/gr y la de la arcilla de 100000cm²/gr (De la Fuente, 1995), por lo que las partículas de arcilla son bastante más pequeñas que las del cemento. Esto es de gran importancia, debido a que se puede inferir que luego de los cambios químicos iniciales, en suelos arcillosos tratados con cemento, existirá un número mucho mayor de partículas de arcilla que de cemento y será imposible la liga de las primeras a través de las segundas. Es por lo anterior que es más sencillo lograr la unión en suelos granulares, con tamaños mayores o, en su defecto, con cantidades superiores de cemento. C.5.5.2 Agua Las funciones del agua corresponden principalmente en hidratar el cemento para producir la aglutinación de las partículas sólidas, así como producir la lubricación entre las mismas para facilitar la compactación. El porcentaje de agua varía entre 10 y 20% del peso seco en suelos plásticos y 10% en granulares (De la Fuente, 1995). El agua se deberá encontrar lo más limpia posible, sin ácidos, álcalis, ni materia orgánica, siendo ideal el agua dulce. El cemento se hidratará completamente hasta después de 43 días en suelos plásticos y 28 días en suelos granulares (De la Fuente, 1995).

C.5.5.3 Suelo Todos los suelos pueden ser utilizados, excepto aquellos con altos contenidos de sales y materia orgánica o materiales etéreos. Sin embargo, las granulometrías adecuadas deben poseer un máximo de partículas que pasan la malla no. 200 (0.075mm) cercano al 50%, con un límite líquido no mayor a 50. Es decir, evitar los suelos altamente compresibles y los muy plásticos. De igual forma no es conveniente el uso de suelos con partículas mayores a 4.76mm es decir, gravas retenidas en la malla No.4. Para determinar estos valores se realiza una tabla comparativa según varios autores, como se muestra en el Anexo 0-1. Es importante tener presente que los suelos con muchos finos pueden ser difíciles de mezclar, así como puede afectar la compactación si el contenido de humedad no es el óptimo. Los tipos de suelos ideales son los granulares limpios y granulares con cantidades apreciables de finos. Los suelos predominantemente arcillosos y/o limosos generalmente son más deficientes, por lo que suelen ser descartados. Si el suelo que se emplea es inadecuado, el comportamiento del suelo-cemento será insatisfactorio. Debido a la importancia de este componente para el desarrollo de la mezcla de suelo-cemento, más adelante se analizan y profundizan algunas características. C.5.5.4 Materia orgánica No conviene que sobrepase el 2% (De la Fuente, 1995). Asimismo, el exceso de sal, especialmente sulfatos de calcio o magnesio, pueden retardar o evitar la hidratación del concreto. C.5.5.5 Aditivos El uso de agregados puede ser ventajosa, no tener ningún resultado, o

incluso puede ser negativo. Catton M.D. y Felt E.J. (De la Fuente, 1995) concluyen que en suelos arenosos que reaccionan mal con el cemento, se pueden mejorar adicionando 1% de cloruro de calcio, cloruro de sodio o agua de mar. Por otro lado, Roderich G.L y Huston M.T. (De la Fuente, 1995) determinan que la inclusión de sulfatos de sodio, aparentemente acelera la reacción inicial del cemento produciendo rápidamente resistencias mayores. T.W. Lambe (De la Fuente, 1995) encuentra que adicionando pequeñas cantidades de compuestos de sodio se mejora la capacidad de resistir esfuerzos compresivos. En este caso, los silicatos de sodio han tenido éxito para evitar el ataque de los sulfatos, endurecer y reducir la permeabilidad de los suelo-cemento, siendo los resultados más satisfactorios, aquellos aplicados en suelos granulares. Para reducir el agrietamiento en suelos arcillosos, se recomienda utilizar cenizas volantes (fly-ash), pozzolith, clorhidro de calcio, sulfatos de magnesio, sodio y calcio, cementos expansivos, hidróxidos de sodio. C.5.5.6 Cal La adición previa de pequeñas cantidades de cal en suelos plásticos, 2% aproximadamente del peso seco, en la mayoría de los casos favorece el resultado de las reacciones del cemento con el suelo (De la Fuente, 1995). Su adición causa floculación debido al incremento de electrolitos en su contenido de agua y al intercambio catiónico de las partículas de arcilla con los calcios disueltos, proceso que ocurre en poco tiempo. Además, facilita el mezclado del cemento con los finos, porque la floculación promueve la formación de grumos. Los suelos compuestos de arcillas muy plásticas han sido exitosamente tratadas al utilizar cal (De la Fuente, 1995). 50

C.5.6 Características generales Con la adición de cemento, tanto el color como la textura original del suelo sufre pocos cambios. El cemento llena, en suelos granulares, los vacíos entre las partículas y ,en suelos finos, reacciona químicamente, alterando la estructura original. Las partículas de cemento y arcilla son bastante finas, por lo que su mezclado nunca es completo, es más, es prácticamente imposible. Los cambios físico-químicos, en estos suelos, son más intensos inicialmente y después, aunque mucho menores, son significativos y ocurren durante un tiempo prolongado (De la Fuente, 1995). Entre los granos del suelo se pueden formar adherencias rígidas y adherencias plásticas. En el caso de los granulares se producen las primeras, generando un material rígido y frágil. En el caso de los finos, predominan las adherencias plásticas, entre las partículas y/o grumos. Las reacciones varían de acuerdo al tipo de suelo. Esto se debe a que el suelo no es un material inerte, por lo que reacciona de múltiples formas con el cemento. Según A. Herzog y J.K. Mitchell (De la Fuente, 1995) ocurren dos reacciones principales. La hidrólisis e hidratación del cemento que produce una reacción que incrementa el ph y libera calcio, lo que promueve el ataque químico de las partículas de arcilla, provocando el rompimiento de silicatos y alúminas amorfas, las cuales se combinan con el calcio para producir la segunda reacción cementante. Por otro lado, dos tipos de reacciones se presentan con la cal y las arcillas: Reacciones que ocurren rápidamente, como el intercambio catiónico y la floculación, así como reacciones lentas como la carbonatación, las reacciones puzolánicas, así como la formación de nuevas partículas. 51

C.5.7 Relación agua-cemento A diferencia del concreto convencional, esta relación tiene menos relevancia, ya que la cantidad depende de la elaboración y trabajabilidad que se desee obtener (De la Fuente, 1995). Asimismo, y para efectos de esta investigación, dependerá de las características de compactación descritas a continuación. C.5.8 Compactación de la mezcla La compactación aumenta considerablemente la resistencia a la compresión axial (f’m) y la durabilidad, disminuyendo, al mismo tiempo, la tendencia al agrietamiento y la permeabilidad. Esto se debe a que se produce el aglutinamiento de las partículas por presión, lo que se traduce en una mayor densidad y, con ello, resistencia del material. La compactación no se debe retardar, ya que ello implica una pérdida de vínculos debido al bajo rendimiento en la adherencia entre partículas. Es por ello que la mezcla debe compactarse máximo 2 horas después de hidratar el cemento, ya que luego de ese tiempo pierde considerablemente sus capacidades. Para determinar la máxima compactación de la mezcla, se plantea realizar la prueba de compactación, según ASTM D698-12, “Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12 400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3))”, con el fin de determinar el contenido de humedad óptimo para alcanzar la máxima densidad seca de la mezcla. C.5.9 Dosificación El objetivo de la dosificación es establecer el contenido óptimo de cemento y agua para un suelo dado, con el fin de proporcionar a la mezcla los requerimientos de durabilidad, resistencia y flexibilidad, con el menor

costo y tiempo de fabricación. Como regla general se establece que a mayor cantidad de finos, principalmente arcillosos, mayor cantidad de cemento se requerirá, lo que se traduce en un incremento en los costos de producción (De la Fuente, 1995). C.5.10 Curado de la mezcla Al igual que con el concreto, el curado ayuda notablemente a mejorar la resistencia de los bloques de suelo-cemento. Su función consiste básicamente en evitar la pérdida violenta de agua y con ello la contracción y deformación del ladrillo. Asimismo, le proporciona el agua necesaria para la hidratación del cemento con el fin de aumentar su resistencia. El curado se debe realizar cubriendo los bloques con materiales asfálticos, papel impermeable, plásticos, paja húmeda, mallas de algodón húmeda u otras fibras. La temperatura durante el curado influye notablemente, mejorando las resistencias en climas cálidos. No obstante, se debe cuidar de las altas temperaturas, la radiación directa y el viento para evitar la pérdida de humedad. C.5.11 Resistencia a la compresión axial (f’m) Si bien es importante conocer las diferentes resistencias, incluida la flexión y absorción del material, por razones de tiempo y disponibilidad de equipo se analiza en esta investigación únicamente la resistencia a compresión axial (f’m), por ser considerada la más determinante e influyente. Según De la Fuente (1995), esta depende de: - Contenido de humedad y tipo de cemento utilizado - Homogeneidad de la mezcla - Tipos de aditivos empleados

- Cantidad de materia orgánica y sales - Tiempo transcurrido entre la humectación y compactación de la mezcla - Esfuerzo de compactación aplicado - Duración y forma de ejecutar el curado - En mayor medida, el tipo de suelo empleado. La resistencia a compresión axial (f’m) aumenta con el tiempo y de forma considerable en los primeros 90 días. Como se observa en el Anexo 0-2, cuando se tienen bajos contenidos de cemento (3-5% en peso), la resistencia a la compresión simple en suelos predominantemente arcillosos puede no aumentar, incluso disminuir apreciablemente, debido a que se genera una estructura interna débil, donde se encapsulan las partículas de arcilla dentro de las de cemento. (De la Fuente, 1995). La reacción del cemento con los suelos finos proporciona, en la mayoría de los casos, aumentos rápidos de la resistencia debido a la rápida floculación y acercamiento de las partículas de arcilla entre sí, así como por la hidratación del cemento con el establecimiento de vínculos entre las partículas, lo que favorece la cristalización del carbonato de calcio con partículas de cemento distribuidas discretamente. A mayor grado de pulverización y mezclado, mayor resistencia a la compresión. De igual forma, una buena compactación influye directamente en esta resistencia. Para realizar la prueba de compresión a los bloques de suelo-cemento, se plantea recurrir a la norma ASTM C1314-14, “Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms”.

C.6 El suelo

Dado que el suelo es el componente fundamental del bloque de suelo-cemento, se vuelve importante conocer y profundizar en sus propiedades físicas y mecánicas, con el fin de tener un mayor entendimiento del mismo, debido a su amplia variabilidad. Así, a partir de ello, se pueda formar un criterio acertado para su uso, o no, en la elaboración de los bloques. 53

A diferencia de la tierra, el término suelo es utilizado principalmente cuando involucra clasificaciones y propiedades tanto científicas como ingenieriles (Neves, 2011). Generalmente, el primer término es utilizado para expresar la capa orgánica de cultivo, por lo que es más apropiado el término de suelo. En todo caso, para efectos de esta investigación ambos conceptos se entenderán en términos de clasificación, sus características físicas y mecánicas. C.6.1 Formación de los suelos Para poder definir los suelos, es importante comprender, en primer lugar, su formación. Estos corresponden al resultado de acciones climáticas y atmosféricas, del sol, la lluvia y el viento, conocido como proceso de meteorización o intemperismo físico, los cuales ocasionan la erosión de una roca madre, a partir de la cual se generan gravas, arenas y limos. Por otro lado, se encuentra la descomposición de la roca producto del desarrollo de organismos (intemperismo químico), lo que resulta en la modificación de la estructura mineralógica, generando oxidación, hidratación y carbonatación (Juárez, 1979), a partir de las cuales se crean las arcillas. Lo anterior resulta en la modificación de la composición y del estado físico y químico, de la roca original (Borges, 2011). La naturaleza de la roca madre, así como su transformación debido a los factores anteriores, son responsables de sus características físicas y mecánicas. A lo largo de este proceso, los suelos pueden ser transportados, por fuerzas gravitacionales y/o atmosféricas, o permanecer en el sitio de origen. En ambos casos, se suelen generar diferentes capas u horizontes de grosor variable, producto de la erosión a lo largo del tiempo. Debido a ello, las

propiedades de los suelos suelen cambiar más rápidamente en la dirección vertical, que en la horizontal (Juárez, 1979). Para uso constructivo, generalmente se descarta la primera capa, compuesta principalmente de materia orgánica. No obstante, también se deben desechar todos aquellos horizontes que presenten este material.

mecánico del suelo, que debe considerarse como parte integral del mismo (Juárez, 1979). Tanto el volumen líquido (Vw), como el gaseoso (Va), suelen denominarse volumen de vacíos (Vv), mientras que la parte sólida corresponde al volumen de los sólidos (Vs). Cuando un suelo se encuentra totalmente saturado, el volumen de vacíos es ocupado totalmente por el volumen de agua. Por otro lado, el peso del suelo (Wm) corresponde al peso de la parte líquida (Ww) más el peso de la parte sólida (Ws), ya que la parte gaseosa o de vacíos (Wa) es igual a cero. A partir de estos datos, expresados en el Diagrama 06, se determina la densidad de un suelo determinado, expresado por medio del Peso Unitario. Asimismo, se puede calcular la relación de densidad comparada con la densidad del agua, por medio de la Gravedad Específica. Sin embargo, para esta investigación no se profundizará más en estos conceptos.

C.6.2 Propiedades Físicas Estas propiedades son inherentes a todos los tipos de suelo. Dentro de ellas se encuentra la composición, contenido de humedad, gravedad específica, estructura, granulometría y plasticidad, siendo los dos últimos esenciales para determinar la clasificación e idoneidad del suelo para uso constructivo. C.6.2.1 Composición Todos los suelos están conformados por una parte gaseosa (aire), otra líquida (agua) y otra sólida (suelo). El agua contenida juega un papel tan fundamental en el comportamiento

Diagrama 06. Composición del suelo Elaboración propia. Fuente: Juárez (1979)

gas

Wa = 0

(vacíos) Vv Vm

líquido

sólido

(agua)

(suelo)

C.6.2.2 Estructura de los suelos La forma de las partículas minerales de un suelo influye en el comportamiento mecánico de éste. Los minerales que presentan los suelos, heredados de la roca madre original, corresponden a sustancias inorgánicas y naturales con una estructura interna característica, determinada por un cierto arreglo específico de sus átomos y sus iones (Juárez, 1979). En el caso de suelos gruesos (arenas y gravas), tienen mayor relevancia las propiedades físicas, mientras que en suelos finos (limos y arcillas), las cargas electromagnéticas, por lo que las reacciones químicas, una vez añadido el cemento, predominan en estos últimos. En los gruesos, la forma característica es la equidimensional, en la cual las tres dimensiones de la partícula son de magnitud comparable, de forma redonda, casi esférica, o angular con aristas y vértices. En los finos (limos y arcillas), las partículas tienden a ser aplastadas. Los minerales de arcilla, en su mayor parte, adoptan la forma laminar. En este caso, no solo el tamaño, sino también la forma juegan un papel importante dentro de la estructuración del suelo que, aunque a simple vista no pueda ser percibido, posee un orden establecido. (Juárez, 1979). A continuación, se presentan las estructuras de los suelos, expresadas en el Diagrama 07. C.6.2.2.1 Estructuras simples Esta se presenta principalmente en suelos gruesos (gravas y arenas), donde las fuerzas gravitacionales predominan fuertemente sobre cualquier otra. Es por ello que todos estos suelos tienen un comportamiento similar, donde una partícula se apoya sobre otra. Tanto la estructura, como las propiedades mecánicas y orientación de las partículas, dependen del nivel de 55

compactación del depósito, el cual incide directamente en la cantidad de vacíos entre cada grano. En este sentido, a menor grado de acomodo, menor compactación, mayor proporción de vacíos y mayor susceptibilidad a deformarse. De igual forma, a mayor gradación, menores vacíos (Juárez, 1979). Es por lo anterior, que no es conveniente el uso de partículas mayores a 4.76mm, como se mencionó anteriormente, ya que son más difíciles de acomodar, dejando grandes vacíos entre los granos y dificultando la compactación. C.6.2.2.2 Estructuras complejas En suelos de grano fino, las fuerzas electromagnéticas tienen más importancia en las superficie de las partículas de 2 micras (0.002mm) o menor tamaño. Los suelos con carga eléctrica negativa, atraen los iones positivos del agua y cationes de diferentes elementos químicos, provocando que las moléculas de agua sean polarizadas, lo que provoca la atracción de más cationes, promoviendo intercambios entre ellos (Juárez, 1979). Entre estas estructuras se encuentra la de panaloide y floculenta donde las partículas, al entrar en contacto con otras, quedan suspendidas, formando celdas con gran cantidad de vacíos, a modo de panal. C.6.2.2.3 Estructuras compuestas Las estructuras complejas pocas veces suceden de forma aislada en la naturaleza ya que, normalmente existen partículas gruesas y finas, donde las últimas se encargan de crear los nexos entre las primeras (Juárez, 1979). Es por lo anterior que se requiere de los finos para las mezclas de suelo cemento, por sus propiedades adhesivas para con las partículas de mayor tamaño.

Diagrama 07.Estructura de los suelos Elaboraci贸n propia. Fuente: Ju谩rez (1979)

Estructura Simple

Estructura Panaloide

Estructura Floculenta

Estructura Compuesta

C.6.2.3 Granulometría Las propiedades de los suelos dependen, no solo de la forma, sino que además del tamaño de las partículas. Los suelos gruesos bien gradados (grava y arena), con amplia gama de tamaños, tienen comportamientos ingenieriles más favorables, que los de granulometría muy uniforme. El comportamiento mecánico se ve influido por la granulometría, definido por la compacidad de los granos así como su orientación. En suelos finos (limos y arcillas) en estado inalterado, las propiedades mecánicas e hidráulicas dependen en mayor grado de las fuerzas electromagnéticas. En el Diagrama 08, se muestran las dimensiones de las partículas según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Para esta investigación, se propone recurrir a la norma ASTM D6913-04 (Reapproved 2009), “Standard Test Methods for Particle-Size Distribution (Gradation) of Soils Using Sieve Analysis”, con el fin de conocer el tamaño de partícula de la grava y arena del suelo a analizar, por medio del tamizado. Asimismo, la norma ASTM D422-63 (Reapproved 2007), “Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils”, para determinar la granulometría del limo y arcilla, por medio de la prueba del hidrómetro. Estos ensayos son explicados más adelante, en el desarrollo de la investigación. C.6.2.4 Plasticidad La plasticidad de un suelo se relaciona con el contenido de partículas finas de forma laminar, generalmente limos y arcillas. Para la mecánica de suelos la plasticidad es la propiedad de un material por la cual es capaz de 57

soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse o agrietarse. (Juárez, 1979). C.6.2.4.1 Límites de plasticidad A principios del siglo XX, Albert Mauritz Atterberg descubre que la plasticidad no era una propiedad permanente de las arcillas sino que depende de su contenido de humedad. De esta forma, la interacción del suelo con las partículas de agua determinan su plasticidad. A partir de ello, Atterberg establece los estados de consistencia, los cuales corresponden a los siguientes: 1.Estado líquido, con las propiedades y apariencia de una suspensión. 2.Estado semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso. 3.Estado plástico, en el que el suelo se comporta plásticamente y puede ser moldeado sin desmoronarse. 4.Estado semisólido, en el que el suelo tiene la apariencia de ser un sólido, sin embargo posee agua, por lo que disminuye su volumen al secarse. 5.Estado sólido, donde el volumen del suelo no varía con el secado. Atterberg estableció las primeras convenciones para distinguir las fronteras de los diversos estados, bajo el nombre general de Límites de Consistencia o Plasticidad. La frontera entre los estados semilíquido y semisólido es llamada, por Atterberg, límite líquido y entre el estado plástico y semisólido, límite plástico, como se muestra en el Diagrama 09. Para determinar esos límites se aplica la norma ASTM D4318-10, “Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils”.

Diagrama 08. Granulometría de los suelos Elaboración propia. Fuente: ASTM (2011)

Arcilla

suelo

(mm) Tamiz

Arena Fina

Limo

Arena Media

Arena Gruesa

Grava Fina

Grava Gruesa

0.001

0.005

0.075

0.425

4.75

No. 200

No. 40

No. 10

No. 4

No. 3/4’’

No. 3’’

Diagrama 09. Plasticidad de los suelos Elaboración propia. Fuente: Juárez (1979)

Humedad (%) 0

100

Sólido

Semi-sólido

Límite de Retracción

Plástico

Límite Plástico

Líquido

Límite Líquido Índice Plástico

C.6.2.5 Clasificación de suelos Tanto los límites de plasticidad, como la granulometría, son utilizados por el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), para categorizar los suelos, según la norma ASTM D2487-11, “Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System)”. Este sistema de clasificación surge a partir del el Sistema de Clasificación de Aeropuertos, propuesto por Arthur Casagrande, en 1942. A partir de este, y luego de algunas modificaciones, se crea el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. El sistema divide a los suelos en dos grandes fracciones: la gruesa formada por partículas menores que la malla de 3 pulgadas (75mm), pero mayores que la malla No. 200 (0.075mm); y la fina formada por partículas que pasan la malla No. 200. Un suelo se considera grueso, si más del 50% de sus partículas en peso son gruesas, y fino, si más de ese porcentaje, son finas. Para la clasificación se emplea un símbolo formado por dos letras mayúsculas, correspondiente a las iniciales de los nombres en inglés de los suelos más típicos de ese grupo. C.6.2.5.1 Suelos gruesos Para clasificar los suelos gruesos se utilizan las siguientes letras: G (Gravel). Gravas y suelos donde predominan estas. S (Sand). Arenas y suelos arenosos. Las gravas y las arenas se separan con la malla No. 4. Así, se pertenece al grupo genérico G, si más del 50% de su fracción gruesa no pasa la malla No. 4 y al grupo S, en caso contrario. Para la segunda letra, las arenas y gravas se subdividen en cuatro tipos: W (Well graded). Material bien gradado, prácticamente limpio de finos. De aquí se obtiene GW y SW, 59

donde el porcentaje de partículas finas no es mayor al 5% en peso, poseen apariencia poco uniforme y presentan varios tamaños de partículas. P (Poorly graded). Material mal gradado, prácticamente limpio de finos. De aquí se obtiene GP y SP, donde el porcentaje de partículas finas no es mayor al 5% en peso, poseen apariencia uniforme y predomina un tamaña de partícula. M (del sueco Mo). Material con cantidad apreciable de finos no plásticos. De aquí se obtiene GM y SM. Estos suelos poseen porcentajes de finos superiores al 12%, en peso. La plasticidad de los finos, los cuales pasan por la malla No. 40 varía entre nula y media. C (Clay). Material con cantidad apreciable de finos plásticos. De aquí se obtiene GC y SC. Poseen porcentajes de finos superiores al 12%, en peso. La plasticidad de la fracción que pasa la malla No. 40 varía entre media y alta. A los gruesos con contenidos finos entre el 5-12%, en peso, el SUCS los considera casos de frontera, adjudicándoles un símbolo doble. Por ejemplo GP-GC. C.6.2.5.2 Suelos Finos Existen tres tipos de suelos finos: M (del sueco Mo), correspondiente a los limos inorgánicos. C (Clay), correspondiente a las arcillas inorgánicas. O (Organic), correspondiente a los limos y arcillas orgánicos. Cada uno de estos tres grupos se subdivide, según su límite líquido, en dos grupos. Si este es menor a 50, es decir, si son suelos de compresibilidad baja o media se le añade la letra L (Low plasticity), creándose los grupos ML, CL y OL, los mayores a 50 se les agrega la letra H (High plasticity), teniendo los grupos MH, CH y OH. Se debe tener presente que la materia orgánica hace

que el límite liquido aumente. Dado que para la clasificación de un suelo, siguiendo lo establecido por SUCS, existen solamente dos grupos, de baja y alta plasticidad, para efectos de esta investigación, se decide recurrir al sistema implementado por la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica, el cual utiliza más grupos para definir la plasticidad, por lo que es más preciso y exacto a la hora de definir un suelo que aquel propuesto por SUCS. De esta forma, se definen, a continuación, los cuatro grupos definidos por el límite líquido, los cuales serán tomados como referencia para esta investigación: L (Low plasticity), correspondiente a suelos con límite líquido menor a 50 I (Intermediate plasticity), correspondiente a suelos con límite líquido menor a 70, pero mayor a 50.

H (High plasticity), correspondiente a suelos con límite líquido menor a 90, pero mayor a 70. V (Very high plasticity), correspondiente a suelos con límite líquido menor a 110, pero mayor a 90. E (Extremly high plasticity), correspondiente a suelos con límite líquido mayor a 110. No obstante, para poder definir si el suelo corresponde a un limo o una arcilla, se debe de utilizar la Gráfica de plasticidad SUCS, como lo muestra el Diagrama 10. Clasificar el tipo de suelo es importante para esta investigación, ya que permite conocer la idoneidad del suelo para ser utilizado, o no, en el desarrollo del bloque de suelo-cemento.

Diagrama 10. Gráfica de plasticidad SUCS Elaboración propia. Fuente: ASTM (2011)

Índice de Plasticidad

Arcilla de alta plasticidad (CH)

Arcilla de baja plasticidad (CL)

Limo de alta plasticidad (MH)

Limo de baja plasticidad (ML)

ML- CL M 0

100

Límite Líquido (LL) 60

C.6.3 Propiedades mecánicas Si bien los suelos poseen diversas propiedades mecánicas, es de interés de esta investigación analizar lo referente a la compactación como método de mejoramiento de la resistencia a la compresión axial (f’m), ya que este último aspecto es decisivo en el desarrollo del bloque de suelo-cemento. C.6.3.1 Compactación de los suelos Al igual que con las mezclas de suelo-cemento, la compactación busca mejorar las propiedades de resistencia de un suelo por medios mecánicos, disminuyendo la capacidad de deformación, debido al aumento de su peso específico (disminución de vacíos). Son varios factores que inciden en la compactación, pero existen dos de gran importancia (Juárez, 1979): -El contenido de agua del suelo antes de la compactación. -La energía de compactación aplicada. A partir de esas variables, se determina la densidad máxima seca (peso unitario) que puede alcanzar el suelo, empleando un contenido de humedad óptimo, como se muestra en el Diagrama 11.

Diagrama 11. Gráfica de compactación Elaboración propia. Fuente: ASTM (2012)

peso unitario máximo

peso unitario (densidad KN/m³)

humedad óptima

contenido de humedad (%) 62

PI D. Planteamiento de la Investigaci贸n

Imagen 15. Materia prima para elaborar el bloque de suelo-cemento. Fuente: propia 64

D.1 Metodología

Para desarrollar el bloque de suelo-cemento, se propone una metodología conformada por una serie de etapas donde se definen los pasos a seguir en el proceso de investigación. 65

En primer lugar, se realiza una recopilación de información de fuentes de segunda mano, tanto histórica, como técnica, con el fin de conocer y ampliar los conocimientos de la materialidad, así como de la construcción con suelo, para luego llegar a enfocarse específicamente en desarrollar el bloque de suelo-cemento. Para ello se recurre a diversas instituciones académicas, documentos técnicos y normas estandarizadas, para adquirir los conocimientos necesarios para el desarrollo de la investigación. Este proceso se mantiene a lo largo de toda la investigación, nutriendo cada una de las etapas. A partir de esa búsqueda se detecta la falta de información sintetizada de granulometría y plasticidad de suelos en el país, por lo que se decide organizar y simplificar la existente, con el fin de identificar las regiones ideales para extraer el suelo a emplear en las mezclas de suelo-cemento. Con esa información, así como la disponibilidad del sitio, se extrae una muestra para analizar sus propiedades físicas, con el fin de determinar su idoneidad para elaborar los bloques. Posteriormente, se procede a desarrollar las mezclas de suelo-cemento, analizando sus componentes, así como sus propiedades mecánicas. A continuación, se ejecutan las mezclas en especímenes prismáticos, con el fin de ponerlos a prueba y conocer su resistencia a la compresión axial (f’m). Posteriormente, con el fin de valorar la factibilidad de producir el bloque, se realiza un presupuesto para luego ser comparado, junto con la resistencia, con algunos de los bloques en el mercado nacional.

Imagen 16. Bloque de suelo-cemento desmoldado. Fuente: propia 66

0 recopilar

1 seleccionar el sitio de extracción

la información Analizar y sintetizar la información histórica y técnica

Elaborar un mapa de suelos

2 caracterizar el suelo Obtener la materia prima Analizar las propiedades granulométricas y plásticas del suelo

Diagrama 12. Resumen de la Metodología Elaboración propia

elaborar

evaluar

analizar

los especímenes

los bloques

costo y resistencia

Diseñar las mezclas

Evaluar la resistencia a compresión axial (f’m)

Elaborar un presupuesto con una de las mezclas

Producir los bloques

Comparar la resistencia y el costo del bloque con otros del mercado

D.2 Diseño del experimento

Previo al desarrollo de la investigación, se procede a diseñar el experimento, el cual consiste en exponer los procedimientos, medios y/o equipos a utilizar para poder llevar a cabo los diversos pasos de la metodología. Este se conforma por los siguientes: - Selección del sitio de extracción - Caracterización del suelo - Elaboración de especímenes - Evaluación de los bloques - Análisis de costo y resistencia 69

D.2.1 Seleccionar el sitio de extracción En esta sección se explica el proceso para elegir el sitio de extracción de la materia prima para el desarrollo del bloque de suelo-cemento. D.2.1.1 Elaborar un mapa de suelos Para poder elegir la fuente del material, se debe conocer primero la situación y características de los suelos existentes en el país, específicamente la composición granulométrica y plástica, por ser de las más influyentes para la investigación. Es por ello, que se decide buscar mapas con esas características, sin embargo, al no encontrar y corroborar, por medio de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica, la inexistencia de mapas con esa información, se decide realizar uno que incluya una o varias regiones del país, a ser definidas y delimitadas posteriormente a partir de los datos disponibles. La información que ahí se incluya debe provenir de una fuente confiable y fidedigna, por lo que se decide recurrir al Laboratorio de Geomecánica y el Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología, de la Universidad de Costa Rica, por su trayectoria y conocimiento en este campo, reflejado a través de los estudios y reportes desarrollados. Con el fin de recopilar la información, se plantea realizar una tabla que incluya las coordenadas, profundidad, plasticidad y granulometría de los suelos de diversas investigaciones, para posteriormente plasmarla en un mapa, realizado de formato digital, por medio de los programas ArcGis BaseMap, utilizando la proyección Lambert Norte y datum Ocotepeque1984. Con el fin de facilitar la lectura, se decide incluir una imagen satelital de fondo, obtenida de Google Earth.

D.2.1.2 Seleccionar las regiones idóneas para la extracción Luego de realizar y analizar el mapa, se debe seleccionar una región que cumpla con las características granulométricas y plásticas idóneas para elaborar el bloque de suelo-cemento. Para ello, se propone hacer una tabla que valore al suelo según sus características plásticas y granulométricas, con el fin de aprobar, aprobar con restricción o rechazar el suelo. Se seleccionarán como candidatas las regiones donde predominen los suelos aprobados y/o aprobados con restricción. D.2.2. Caracterizar el suelo En esta sección se detalla los procesos y medios empleados para la extracción y análisis de la muestra, a fin de valorar su idoneidad granulométrica y plástica. D.2.2.1 Obtener la materia prima Elegida la región, se procede a visitarla, con el fin de identificar posibles sitios de extracción, valorar la disponibilidad de terrenos y factibilidad de obtención. Una vez escogida la fuente, con los permisos y disposiciones que los propietarios establezcan, se procede a extraer el material, para lo cual se dispone de equipo manual (pico zacho y pala metálica) y un vehículo de carga liviana tipo “pick-up”. El material adquirido no debe poseer materia orgánica, por lo que se debe remover la capa superior, de espesor variable. Asimismo, por razones de facilidad de obtención, se propone realizar la extracción desde un talud y, en caso de no ser posible, a profundidades de entre 1 y 2 metros. En cuanto al almacenamiento, el material debe ubicarse en un espacio seco y resguardado, a fin de evitar la contaminación del mismo.

D.2.2.2 Analizar las propiedades granulométricas y plásticas del suelo Se procede a analizar las características físicas, específicamente la granulometría, así como la plasticidad, del material obtenido, con el fin de valorar su uso en el desarrollo del bloque. Se decide recurrir a la Escuela Centroamericana de Geología para realizar las pruebas de dichas propiedades, así como para determinar el contenido de humedad y gravedad específica del suelo. Estas pruebas se deben realizar según lo estipulan las siguientes normas: - ASTM D2216-10 “Standard Test Methods for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass” - ASTM D4318-10 “Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils” - ASTM D6913-04 (Reapproved 2009) “Standard Test Methods for Particle-Size Distribution (Gradation) of Soils Using Sieve Analysis” - ASTM D854-14 “Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer” Asimismo, se decide recurrir al Centro de Investigación en Vivienda y Construcción (CIVCO), del Instituto Tecnológico de Costa Rica, para efectuar la siguiente prueba, con el fin de completar la curva granulométrica: - ASTM D422-63 (Reapproved 2007) “Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils” Adicionalmente, para poder clasificar el suelo en estudio, se tomará como referencia el Sistema Unificado de clasificación de Suelos (SUCS), expresado en la siguiente norma: - ASTM D2487-11 “Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System)” Sin embargo, se implementarán las modificaciones realizadas por la Escuela Centroamericana de Geología 70

Etapa

Fase Obtener la información

0 recopilar la información

Elaborar un mapa de suelos

Seleccionar las regiones idóneas para la extracción

seleccionar el sitio de extracción

Obtener la materia prima

Analizar las propiedades granulométricas y plásticas del suelo

caracterizar el suelo

Diagrama 13.1. Metodología de la Investigación Elaboración propia

Actividad Buscar y revisar la información disponible Sintetizar los datos pertinentes

Seleccionar las características a valorar Revisar la información disponible Recopilar y clasificar los datos pertinente

Medio Biblioteca, personas, internet Tablas

Consulta bibliográfica Estudios y reportes Tabla

Representar la información obtenida

Mapa de suelos

Analizar el mapa de suelos

Tabla

Identificar posibles sitios de extracción dentro de la región seleccionada

Visita a la región seleccionada

Adquirir el permiso para la extracción

Comunicación verbal y escrita

Extraer y transportar el material

Equipo manual y vehículo de carga liviana

Identificar las propiedades del suelo

Pruebas de laboratorio

Presentar los resultados de las pruebas

Gráficos y tablas

Valorar el suelo

Tabla comparativa

D.2.3. Elaborar los especímenes En este capítulo se explica el proceso para desarrollar las mezclas y fabricar el molde para, posteriormente, producir los bloques de suelo-cemento.

lo cual se deben analizar las proporciones de los componentes secos, el suelo y el cemento, por medio de una tabla comparativa, tomando como referencia la teoría estudiada en apartados anteriores. Para determinar la cantidad de agua a implementar, se decide recurrir a la Prueba de Compactación, o Prueba de Proctor Estándar, con el objetivo de conocer el contenido de humedad óptimo para alcanzar la máxima densidad del material. Si bien el Proctor Modificado permite alcanzar mayores compactaciones y, por ende, densidades, se decide realizar la prueba con esfuerzo estándar por recomendación de Chaverri, J. (1983), ya que a la hora de desmoldar los bloques de suelo-cemento implementando los resultados del Proctor Modificado, era destruido parcialmente por desmoronamiento. Para realizar la prueba, se requiere de moldes y equipos estandarizados, por lo que se decide recurrir al Laboratorio de Geomecánica de la Escuela Centroamericana de Geología. La norma correspondiente para la ejecución de la prueba corresponde a la siguiente: - ASTM D698-12 “Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12 400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3))” Los datos obtenidos del ensayo, así como los posteriores cálculos, deberán ser sintetizados en un reporte que contenga tablas, así como un gráfico que muestre la curva de compactación, para determinar el contenido de humedad óptimo y el peso específico seco de cada una de las mezclas a ejecutar en el bloque de suelo-cemento.

D.2.3.1 Diseñar las mezclas Aprobado el suelo, con los ajustes o mejoramientos necesarios aplicados, se inicia con el diseño de la mezcla, para

D.2.3.2 Producir los bloques Con base a la teoría estudiada, así como las limitaciones dimensionales de la prensa hidráulica a emplear, se

de la Universidad de Costa Rica para definir la plasticidad, como se mencionó en capítulos anteriores. En cada prueba deberán indicarse el objetivo, instrumentos, consideraciones, procedimientos empleados, y los resultados. Los datos obtenidos, y los cálculos posteriores, deberán ser registrados a través de reportes que incluyan tablas, gráficos y/o demás que permitan un completo entendimiento de la información obtenida. Una vez analizados los resultados de los ensayos, se debe valorar la idoneidad del suelo para su uso en el desarrollo del bloque de suelo-cemento. En este sentido, existen tres posibles escenarios: - Aprobado, si el material cumple con las características granulométricas y plásticas óptimas, por lo que se procedería a continuar con la siguiente etapa. - Aprobado con restricción, si satisface una de las dos características, por lo que habría que realizar una corrección, empleando un segundo suelo, con propiedades opuestas al primero, con el objeto de compensar sus deficiencias. Este material debe ser analizado según las mismas pruebas aplicadas al primero. - Rechazado, si no cumple con ninguna de las dos características. En este caso se deberá descartar el material, buscar una nueva fuente y repetir los mismos ensayos.

procede a definir, primeramente, la forma y dimensiones de los especímenes para poder diseñar el molde. Sus dimensiones deben permitir que sea ubicado en la prensa hidráulica y será fabricado en el Laboratorio de Materiales, Prácticas y Experimentación Tecnológica (LAMPET) de la Universidad Veritas. Se deberá definir el material y herramientas a utilizar, así como el procedimiento de desmolde de los bloques una vez elaborados. Definido el molde, el volumen del bloque y tomando en cuenta los resultados de la prueba de compactación, se realizan los cálculos para conocer las cantidades de material de las distintas mezclas a desarrollar, incluido el suelo, cemento y agua. Dicha información deberá reflejarse en una tabla. Se debe de definir la cantidad de bloques a elaborar, tomando en cuenta la cantidad de mezclas a desarrollar, así como las edades a las que serán fallados. Para la producción, se propone realizar los bloques en el aula de la Cátedra Holcim de la Universidad Veritas, por disponibilidad de espacio, así como por el equipo requerido que ahí se encuentra (balanza, prensa hidráulica). El proceso de elaboración consiste básicamente en el armado del molde, colocación de la mezcla, compactación del bloque, desarmado del molde y ubicación del bloque en el espacio para su curado. La energía de compactación aplicada debe de ser la misma que aquella implementada en la prueba de compactación (6.0kg/cm²). Por seguridad, el sitio de curado debe encontrarse resguardado, de preferencia sobre mesas. Los bloques deben de ser cubiertos con plástico de construcción negro (polipropileno) para evitar la pérdida de humedad en el proceso de fraguado.

Para el curado, se deben rociar los especímenes con agua, así como colocar paños húmedos y posteriormente el plástico. Este proceso debe realizarse diariamente, o cuantas veces sea necesario, hasta el día de la prueba a compresión axial (f’m). D.2.4. Evaluar los bloques En esta sección se define la prueba para evaluar la resistencia a compresión axial (f’m) del bloque de suelo-cemento. D.2.4.1 Evaluar la resistencia a compresión axial (f’m) Para realizar dicha prueba se propone recurrir al Centro de Investigación en Vivienda y Construcción (CIVCO), del Instituto Tecnológico de Costa Rica, con el fin de aplicar la siguiente norma a cada uno de los especímenes: - ASTM C1314-14 “Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms” Se dispone de un vehículo tipo sedán para el transporte de los especímenes al laboratorio, para ejecutar dicha norma. Los resultados obtenidos de la anterior prueba se deben plasmar en un reporte con gráficos que representen la ganancia de resistencia con el tiempo, así como comparaciones entre las resistencias de las diferentes mezclas diseñadas a los 28 días. Asimismo, a partir de la legislación y normativa vigente, se debe de clasificar el bloque como estructural o no estructural, definiendo el grado en el primer caso. D.2.5. Analizar el costo y la resistencia En este capítulo se elabora un presupuesto con una de las mezclas de suelo-cemento, con el fin de conocer los costos de producción y poder luego ser comparado con algunos de los bloques en el mercado nacional, tomando en cuenta, además, la resistencia a compresión axial (f’m). 74

Etapa

Fase

Diseñar las mezclas

3 elaborar

Producir los bloques

los especímenes

Evaluar la resistencia a compresión axial (f’m)

4 evaluar los bloques

Elaborar un presupuesto con una de las mezclas de suelo-cemento

5 analizar costo y resistencia

Diagrama 13.2. Metodología de la Investigación Elaboración propia

Comparar la resistencia y el costo del bloque con otros del mercado

Actividad Determinar las proporciones de los componentes secos Establecer el contenido de humedad Definir la morfología y dimensión del bloque

Medio Tabla Prueba de laboratorio

Consulta bibliográfica

Fabricar el bloque

Molde y prensa hidráulica

Hidratar al bloque

Curado

Conocer la resistencia a compresión

Prueba de laboratorio

Analizar los resultados y determinar el tipo de bloque

Gráficos y tablas comparativas

Seleccionar la mezcla

Tabla comparativa

Determinar el costo de producción del bloque

Gráficos y tablas comparativas

Analizar el costo y resistencia de los bloques en el mercado

Tablas comparativas

Comparar los datos con el bloque de suelo cemento

Gráficos y tablas comparativas

D.2.5.1 Elaborar un presupuesto con una de las mezclas de suelo-cemento Con el fin de obtener un costo aproximado del bloque desarrollado, se procede a realizar un presupuesto, bajo determinadas condiciones, donde se valore un posible escenario de producción, que incluya la cantidad y tipo de materia prima, equipos y mano de obra a implementar. Estos datos deben de ser sintetizados a través de tablas. Debe realizarse un estudio, con el fin de conocer el costo y resistencia de algunos de los bloques en el mercado nacional, para lo cual se debe contactar a los proveedores directos, así como los precios de ferretería. A partir de los costos obtenidos, se deben realizar tablas comparativas, así como un gráfico que ubique a los diferentes bloques involucrados, tomando en cuenta el costo, así como la resistencia de cada uno de ellos, resumiendo la información analizada previamente. A continuación, se procede a comparar el bloque de suelo-cemento, con los otros, tanto a nivel de resistencia, como de costo para determinar su factibilidad y competitividad.

DI E. Desarrollo de la Investigaci贸n

Imagen 17. Tamizado del suelo. Fuente: propia 80

E.1 Sitio de extracción

En esta primer etapa se analizan las características de granulometría y plasticidad de los suelos en la Región Central Metropolitana de Costa Rica, a partir de un mapa elaborado por el investigador con información de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica, a partir del cual se seleccionan las regiones con las características más idóneas para el desarrollo del bloque de suelo-cemento. 81

Imagen 18. Acercamiento del Mapa de Suelos. Fuente: propia

etapa

E.1.1 Mapa de suelos

E.1.1.1 Recopilación de datos La información utilizada para crear el mapa es obtenida del Laboratorio de Geomecánica, del Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica, la cual es recopilada de diversas investigaciones, informes y reportes académicos realizados en un período de más de tres décadas hasta la actualidad. No obstante, algunos de estos registros no pudieron ser incluidos en el mapa, dada su situación de dispersión. Sin embargo, toda la información recopilada incluida, o no, en el mapa, se encuentra adjunta en el Anexo 1-1. E.1.1.2 Delimitación del mapa A partir de los datos obtenidos se selecciona el sitio con mayor cantidad de registros, es decir, a una parte de la Gran Área Metropolitana, específicamente el área correspondiente al Cantón Central de San José y zonas periféricas, denominado en el mapa como Región Central Metropolitana de Costa Rica. E.1.1.3 Instrumentos El mapa utiliza la proyección Lambert Norte, datum Ocotepeque1984 y es elaborado en ArcGis BaseMap. La imagen satelital es obtenida de Google Earth.

Con el objetivo de analizar la granulometría y plasticidad de los suelos y debido a la no existencia de mapas con esta información a nivel nacional, se decide elaborar uno. El mapa, único en el país, se enfoca en presentar las propiedades granulométricas y plásticas de varias zonas y a distintas profundidades según datos obtenidos, indicando además la clasificación del suelo. 83

E.1.1.4 El mapa Como se muestra en el Mapa 02, se marcan los sitios de obtención de las muestras, según los estudios recopilados. Junto a estas, se ubica un recuadro que contiene información de la granulometría, plasticidad, clasificación y profundidad de extracción de cada uno de los suelos, como se muestra en el Diagrama 14.

E.1.1.4.1 Granulometría Este aspecto es el primero para poder valorar la idoneidad de los suelos. En este sentido, según la bibliografía estudiada en apartados anteriores, se establece que la granulometría ideal es aquella que posee una cantidad de finos menor al 50%. En el mapa se representan los porcentajes de grava fina, arena gruesa, arena media, arena fina y finos, por medio de gráficos de barras apiladas. E.1.1.4.2 Plasticidad Esta corresponde a la segunda característica a considerar. Según conclusiones previas, los suelos ideales poseen un límite líquido menor a 50. No obstante, con el fin de completar la información de plasticidad, se incluyeron, además, los valores correspondientes al límite plástico e índice plástico. E.1.1.4.3 Clasificación del suelo Una vez determinados los dos componentes anteriores, se procede a determinar la nomenclatura del suelo, empleando la clasificación utilizada por la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica, adaptada del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). E.1.1.4.4 Profundidad Además de conocer y valorar los dos componentes anteriores para determinar el tipo de suelo, se considera necesario incluir la profundidad para conocer el estrato en el que se ubican los diferentes suelos.

Mapa 02. Mapa de Suelos. Fuente: propia

E.1.1.5 Conclusiones Del mapa se desprende que existe una gran variabilidad de suelos en la región, unos óptimos y otros no, para el desarrollo de las mezclas de suelocemento. Por otro lado, aunque el mapa se crea para identificar los suelos ideales para el desarrollo de las mezclas de suelo-cemento, también es de interés geológico y marca un precedente en el país debido al tipo de información que contiene.

Diagrama 14. Simbología del Mapa de Suelos Elaboración propia

Composición Granulométrica grava

Nomenclatura*

Profundidad

arena arena arena finos gruesa media fina

arena

porcentaje del componente predominante

Límite Líquido

Límite Plástico

Índice Plástico

*Según la utilizada por la Escuela Centroamericana de Geología, UCR adaptada del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) 87

E.1.2 Regiones idóneas para la extracción

E.1.2.1 Análisis del mapa de suelos A partir de la información utilizada para la elaboración del mapa, se realiza una tabla donde se valoran las características plásticas y granulométricas, con el fin de aprobar, aprobar con restricción o rechazar el suelo y, por ende, la región. Los suelos aprobados corresponden a aquellos con porcentaje de finos menor al 50%, y con límite líquido de plasticidad menor a 50, como se define en el Anexo 0-1. Los aprobados con restricción corresponden a aquellos que cumplen con alguna de esas dos características y los rechazados, que no cumplen con ninguna de ellas. En el Anexo 1-2, se anotan los suelos aprobados, aprobados con restricción y rechazados para el desarrollo del bloque de suelo-cemento. A partir de lo anterior, se seleccionan las regiones donde predominan los suelos aprobados y/o aprobados con restricción. E.1.2.2 Conclusiones De la información analizada, se concluye que existen seis regiones ideales, como se muestra en el Mapa 03, las cuales cumplen con las características plásticas y granulométricas óptimas.

Una vez elaborado el mapa, se procede a analizar el mismo, con el fin de seleccionar las regiones con las características granulométricas y plásticas idóneas. 88

R6 Mapa 03. Regiones id贸neas para la extracci贸n del suelo. Fuente: propia

E.2 Propiedades del suelo

Esta fase parte del mapa de suelos y las regiones ideales seleccionadas para la obtenci贸n del suelo. A partir de ello, se procede a identificar posibles sitios de extracci贸n dentro de las mismas. Sin embargo, debido a una serie de factores, no es posible obtener el suelo de alguna de esas regiones, resultando as铆 electo un terreno en etapa de movimiento de suelos en Rohrmoser, Pavas, San Jos茅, para obtener la materia prima. Del sitio se extrae una cantidad considerable de material para realizar las pruebas de laboratorio, con el fin de caracterizarlo y valorar su idoneidad. 91

Imagen 19. Suelo extraĂdo. Fuente: propia

etapa

E.2.1 Materia prima

E.2.1.1 Selección del sitio Si bien se identificaron varias regiones con suelos idóneos, por razones de disponibilidad, ubicación, logística de transporte, facilidad de acceso, obtención y extracción, se recurrió a un sitio ubicado en las inmediaciones del Parque del Café, Rohrmoser, Pavas, San José, el cual se encuentra en la etapa de movimiento de suelos. Las coordenadas Lambert del sitio son 213984N y 523609E. E.2.1.2 Extracción del suelo En el sitio, se procede a obtener los permisos correspondientes por parte de la empresa constructora para la extracción de aproximadamente 500kg de material, ubicados a una profundidad de 6.0m bajo el nivel de calle. La cantidad extraída corresponde a la necesaria para realizar las pruebas de laboratorio, especificadas más adelante, así como para la elaboración de los especímenes de suelo-cemento, en caso de ser aprobado el material. En el sitio, como se muestra en la Imagen 20, es facilitada una excavadora mecánica para cargar de forma expedita el vehículo de carga liviana tipo “pick-up”, por lo que se prescinde del uso de equipo manual. E.2.1.3 Almacenamiento Una vez extraído el suelo, se procede a almacenarlo en un espacio techado y seco, protegido de los factores climáticos. Dada su gran cantidad, se hace uso de plástico de construcción negro (polipropileno) para cubrirlo en su totalidad y así evitar su contaminación.

En esta sección se presenta el sitio de extracción para obtener la materia prima para el desarrollo del bloque de suelo-cemento, definiendo la forma e instrumentos empleados para la extracción, así como el posterior almacenamiento del material. 93

Imagen 20. Extracci贸n del suelo. Fuente: propia 94

E.2.2 Propiedades del suelo Muestra M-1

E.2.2.1 Análisis granulométrico Se realizan dos pruebas para determinar la granulometría del suelo obtenido. E.2.2.1.1 Análisis por tamizado En primer lugar se ejecuta el “Standard Test Methods for Particle-Size Distribution (Gradation) of Soils Using Sieve Analysis”, método a, vía húmeda, según la norma ASTM D6913-04 (Reapproved 2009), para conocer la gradación por mallas de las diferentes partículas de arena y grava hasta la malla No. 200. E.2.2.1.1.1 Objetivo de la prueba Determinar la dimensión y distribución de las partículas de suelo mayores a 0.075mm por medio de tamices. E.2.2.1.1.2 Instrumentos Se emplean los siguientes: - Balanza (precisión de 0.01g) - Bandeja metálica - Cápsulas metálicas - Horno capaz de mantener una temperatura constante de 110±5°C - Juego de tamices (No. 4, 10, 20, 40, 60, 100, 200) - Piseta plástica - Otros misceláneos

En esta sección se analizan las principales características del suelo obtenido, denominada Muestra M-1, incluida su granulometría y plasticidad, tomando como referencia las normas ASTM (American Standard Testing Materials), para lo cual se mencionan los ensayos a realizar, los instrumentos empleados, consideraciones, procedimientos, resultados y conclusiones. Los dos últimos, son presentados a través de tablas y gráficos, a partir de los cuales se valora la idoneidad del suelo para el desarrollo del bloque de suelo-cemento. 95

E.2.2.1.1.3 Consideraciones previas Antes de realizar la prueba, se toman en cuenta los siguientes aspectos: - Secado al horno del suelo Colocar en una bandeja metálica una cantidad de muestra de aproximadamente 500g, previamente mezclada y homogenizada. El material se deja secar en el horno durante 24 horas. Al sacarlo, se debe dejar enfriar por aproximadamente 10 minutos. - Pesaje de las cápsulas metálicas Pesar los recipientes en los cuales se colocarán los materiales retenidos por los tamices.

Imagen 21. Tamices empleados para el anĂĄlisis granulomĂŠtrico. Fuente: propia 96

E.2.2.1.1.4 Procedimiento 1- Pesar en un recipiente metálico la cantidad de material a utilizar (200-300g). 2- Cubrir la muestra con agua y lavarla cuidadosamente. 3- Sobreponer los tamices en orden descendiente de grueso (No. 4) a fino (No. 200). 4- Colocar la muestra en la malla más gruesa y proceder, de forma manual, a tamizarla, empleando agua y lavando suavemente contra el tamiz, para evitar su maltrato y el paso forzado de partículas. 5- Una vez finalizado el proceso, advertido con la salida del agua limpia, se coloca el material retenido en una cápsula metálica, haciendo uso de la piseta plástica. 6- Pesar el recipiente con el material retenido y ubicarlo en el horno para su secado durante 24 horas. 7- Repetir los tres pasos anteriores con cada uno de los tamices. 8- Retirar las cápsulas del horno y dejar enfriar durante aproximadamente 10 minutos. 9- Pesar los recipientes con el material secado al horno. 10- Realizar los cálculos para determinar el peso de las partículas retenidas en cada tamiz y con ello graficar la curva granulométrica hasta el tamiz No. 200. E.2.2.1.1.5 Resultados Los resultados de la prueba se observan en el Anexo 1-3. E.2.2.1.1.6 Conclusiones El suelo en estudio se compone principalmente de finos, con una cuarta parte, aproximadamente, de arena, lo que no deja de ser preocupante para el desarrollo del bloque, ya que no cumple con los requerimientos para esta primera característica. Sin embargo, el material no puede ser descartado, dado que aún deben realizarse estudios 97

referentes a su plasticidad. Por ahora, es importante caracterizar los componentes finos que pasan la malla No. 200 para poder completar la curva granulométrica. Para ello, se recurre al siguiente ensayo. E.2.2.1.2 Prueba del hidrómetro Para conocer la distribución de partículas de limo y arcilla que pasa a través de la malla No. 200, se ejecuta el “Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils”, empleando el método con el material que pasa la malla No.10, según ASTM D422-63 (Reapproved 2007), conocida también como prueba del hidrómetro. E.2.2.1.2.1 Objetivo de la prueba Determinar la dimensión y distribución de las partículas de suelo menores a 0.075mm, por medio del hidrómetro. E.2.2.1.2.2 Instrumentos Se emplean los siguientes: - Agua destilada - Balanza (precisión de 0.01g) - Bandeja metálica - Batidora eléctrica y accesorios (motor de10 000 rpm) - Beaker (capacidad 250ml) - Cápsulas metálicas - Cronómetro - Hidrómetro (152H) - Horno capaz de mantener una temperatura constante de 110±5°C - Juego de tamices (No.10, 20, 40, 60, 100, 200) - Piseta plástica - Probetas de vidrio graduadas (capacidad 1000ml) - Solución de hexametafosfato de sodio (agente dispersante) - Tapón de hule - Otros misceláneos E.2.2.1.2.3 Consideraciones previas Antes de realizar la prueba, se toman en cuenta los siguientes aspectos:

Imagen 22. Tamizado del suelo vĂa hĂşmeda. Fuente: propia 98

- Secado al sol de los materiales El material a emplear se seca al sol por al menos una semana, 40 horas de sol efectiva, en un espacio de cubierta translúcida, con el fin de facilitar el posterior tamizado, así como para tener un material prácticamente seco para realizar la prueba. - Tamizado del suelo Tamizar una cantidad de aproximadamente 100g del suelo empleando la malla No. 10 y una bandeja metálica. - Pesaje de las cápsulas metálicas Pesar los recipientes en los cuales se colocarán los materiales retenidos por los tamices. E.2.2.1.2.4 Procedimiento 1- Realizar la lectura para la corrección por desfloculante colocando el hidrómetro en la probeta con el agente dispersante en relación 40g de hexametafosfato de sodio por cada 1000ml de agua destilada. 2- Pesar en una cápsula metálica una cantidad de entre 10-15g de material y colocar en el horno por 24 horas. Al sacarlo, se debe dejar enfriar por aproximadamente 10 minutos para pesar nuevamente las cápsulas. Con estos datos se determina la humedad higroscópica. 3- Pesar el material a utilizar en la prueba, aproximadamente 50g, y colocarlo en un beaker con 125ml de dispersante durante 16 horas. 4- Ubicar el material en la batidora y llenar con agua destilada hasta la mitad de la taza para luego mezclar durante cinco minutos. 5- Disponer el material en la probeta y llenar la misma hasta 1000ml con agua destilada. 6- Colocar el tapón de hule a la probeta y batir de un lado a otro con las manos por un lapso de 1 minuto. 7- Colocar la probeta en un lugar conveniente donde no se mueva para realizar las lecturas y tomar la 99

temperatura a los 2 ,5 ,15, 30, 60, 250 y 1440 minutos. 8- Tamizar el material de la probeta por la malla No. 200 y luego colocar el material retenido en una cápsula metálica, pesarlo y ubicarlo en el horno durante 24 horas. Al sacarlo, se debe dejar enfriar por aproximadamente 10 minutos. 9- Tamizar el material seco empleando el juego de mallas, para luego colocar el material retenido en cápsulas distintas y pesarlas. 10- Realizar los cálculos y la prueba de gravedad específica para completar la curva granulométrica. E.2.2.1.2.5 Resultados Los resultados de la prueba se observan en el Anexo 1-3 y 1-4. E.2.2.1.2.6 Conclusiones El material fino del suelo en estudio se compone principalmente de limo, es decir existe poco material arcilloso y coloidal, lo cual puede considerarse una ventaja, ya que con ello se disminuye la posibilidad de contar con un material expansivo de plasticidad alta. E.2.2.1.3 Gravedad específica Como parte de los datos necesarios para obtener los resultados de la Prueba del Hidrómetro, se realiza el “Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer”, método b, según ASTM D854-14. E.2.2.1.3.1 Objetivo de la prueba Determinar la gravedad específica del suelo en estudio, por medio del hidrómetro. E.2.2.1.3.2 Instrumentos - Balanza (precisión de 0.01g) - Bomba de vacío - Embudo plástico - Horno capaz de mantener una

Imagen 23. Prueba del hidr贸metro. Fuente: propia 100

temperatura constante de 110±5°C - Picnómetro (capacidad de 250 ml) - Tamiz No. 4 - Termómetro - Otros misceláneos E.2.2.1.3.3 Consideraciones previas Antes de realizar la prueba, se toman en cuenta los siguientes aspectos: - Secado al horno del suelo Colocar en una bandeja metálica una cantidad de muestra de aproximadamente 150g, previamente mezclada y homogenizada. El material se deja secar en el horno durante 24 horas. Al sacarlo, se debe dejar enfriar por aproximadamente 10 minutos. - Tamizado del suelo Tamizar una cantidad de aproximadamente 100g del suelo empleando la malla No. 10 y una bandeja metálica. E.2.2.1.3.4 Procedimiento 1- Pesar en una cápsula metálica una cantidad de muestra (50-60g). 2- Ubicar el material en el picnómetro empleando un embudo. 3- Adicionar agua destilada hasta alcanzar una tercera parte de la altura total del picnómetro y dejar reposar por 24 horas. 4- Extraer el aire mediante el uso de la bomba de vacío, mientras que se bate con movimientos de muñeca constante durante 15 minutos. 5- Llenar el picnómetro de agua destilada hasta la marca y pesarlo. 6- Medir la temperatura colocando el termómetro dentro del picnómetro. 7- Realizar los cálculos para obtener el valor de la gravedad específica E.2.2.1.3.5 Resultados Los resultados de la prueba se observan en el Anexo 1-5. E.2.2.1.3.6 Conclusiones La gravedad específica del suelo corresponde a 2.70. 101

E.2.2.2 Análisis plástico Se procede a realizar el “Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils”, método a, según la norma ASTM D4318-10, también conocidos como Límites de Atterberg o Límites de Consistencia. E.2.2.2.1 Objetivo de la prueba Determinar el límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad del suelo en estudio. E.2.2.2.2 Instrumentos Se emplean los siguientes: - Acanalador metálico - Balanza (precisión de 0.01g) - Cápsulas metálicas - Cuchara de Casagrande - Espátula metálica - Horno capaz de mantener una temperatura constante de 110±5°C - Piseta plástica - Placa de vidrio - Recipientes de porcelana - Tamiz No. 40 - Otros misceláneos E.2.2.2.3 Consideraciones previas Antes de realizar la prueba, se toman en cuenta los siguientes aspectos: - Secado al sol de los materiales El material a emplear se seca al sol por al menos una semana, 40 horas de sol efectiva, en un espacio de cubierta translúcida, con el fin de facilitar el posterior tamizado, así como para tener un material prácticamente seco para realizar la prueba. - Tamizado del suelo Tamizar una cantidad de aproximadamente 300g del suelo empleando la malla No. 40 y una bandeja metálica - Pesaje de las cápsulas metálicas Pesar los recipientes en los cuales se colocarán los materiales retenidos por los tamices.

Imagen 24. Picn贸metro con muestra de suelo. Fuente: propia 102

E.2.2.2.4 Procedimiento E.2.2.2.4.1 Límite líquido 1- Ubicar una porción del material tamizado en un recipiente de porcelana, añadir el contenido de agua deseado y mezclar hasta homogenizar. 2- Colocar en la cuchara de Casagrande con ayuda de una espátula la cantidad necesaria para realizar la prueba. 3- Pasar el acanalador por medio de la cuchara, con el fin de dividir el material en dos partes. 4- Aplicar una cantidad de golpes hasta que el canal se cierre. 5- Tomar con la espátula una muestra de la sección donde se cierra el canal, pesar el material y colocarlo en el horno durante 24 horas. Al sacarlo, se debe dejar enfriar por aproximadamente 10 minutos. 6- Pesar el material secado al horno. 7Realizar los cálculos correspondientes para determinar el límite líquido. 8- Realizar todo el procedimiento anterior con 5 contenidos de humedad diferentes. En cada punto se disminuye la cantidad de golpes pero aumenta el contenido de humedad. Para el primer punto se recomienda comenzar con una cantidad de 25 golpes necesarios para el cierre del canal. E.2.2.2.4.2 Límite plástico 1- Tomar una porción de muestra (1.5-2.0g) y amasarla entre las manos. 2- Rodar el material en una de las palmas de la mano empleando la otra, sin aplicar fuerza para conformar un cilindro. - Al alcanzar el cilindro un diámetro de aproximadamente 3.2 mm, se debe doblar y amasar nuevamente para volver a generar el cilindro. - Repetir el proceso anterior hasta que el cilindro se disgregue al llegar aproximadamente a los 3.2 mm y no pueda ser re-amasado ni reconstruido. - Colocar las partes resultantes en una 103

cápsula metálica, tomar su peso y ubicarlo en el horno por 24 horas. Al sacarlo, se debe dejar enfriar por aproximadamente 10 minutos. - Pesar el material secado al horno - Realizar los cálculos correspondientes para determinar el límite plástico. E.2.2.2.4.3 Índice de plasticidad - Realizar los cálculos correspondientes para determinar el índice de plasticidad a partir del límite líquido y límite plástico. E.2.2.2.5 Resultados La prueba no puede ser ejecutada debido al fisuramiento del material cuando se pretende emplear el acanalador en la cuchara de Casagrande para determinar el Límite Líquido. E.2.2.2.6 Conclusiones El material en estudio plasticidad.

posee

E.2.2.3 Clasificación del suelo Para catalogar el material, se emplea el sistema utilizado por la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica, adaptado del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), norma ASTM D2487- 11. El suelo se clasifica como un Limo arenoso sin plasticidad. E.2.2.4 Conclusiones Debido a que el material no cumple con la granulometría ideal, ver el Anexo 1-6, se decide emplear arena de río obtenida de la ferretería para mejorar este aspecto, a través de la inclusión de partículas más gruesas. Se elije esta frente a la arena de tajo, debido a que posee un mejor desempeño en las pruebas resistencia a compresión (Arrieta et al, 2009).

Imagen 25. Procedimiento para determinar el LĂmite LĂquido. Fuente: propia 104

E.2.3 Propiedades de la arena Muestra M-2

E.2.3.1 Análisis Granulométrico Al igual que con el suelo, se realizaron dos pruebas para determinar la granulometría de la arena de río. E.2.3.1.1 Análisis por tamizado En primer lugar se ejecuta el método de prueba estándar para la distribución de partículas de suelo por medio de tamices, método a, vía seca, según la norma ASTM D6913-04 (Reapproved 2009), para determinar la gradación por mallas de las diferentes partículas de arena y grava. Las mallas empleadas, así como los resultados se expresan en el Anexo 1-7, mostrando los resultados hasta la malla No. 200. E.2.3.1.2 Prueba del hidrómetro

En esta fase se analizan únicamente las características granulométricas de la arena de río obtenida de ferretería, debido a la ausencia de plasticidad en este tipo de material. Este es nombrado como Muestra M-2. Se toman como referencia las mismas normas ASTM (American Standard Testing Materials) ejecutadas previamente, por lo que solo se mencionarán los resultados y conclusiones, los cuales también se expresan en tablas y gráficos, a partir de los cuales se valora la idoneidad de la arena para el desarrollo del bloque de suelo-cemento. 105

Para conocer la distribución de partículas de limo y arcilla que pasa a través de la malla No. 200, se realiza el ensayo de sedimentación a partir del método de prueba estándar para el análisis de partículas de suelo según ASTM D422-63 (Reapproved 2007), conocida también como prueba del hidrómetro. Los resultados se muestran en el Anexo 1-7 y 1-8. Como parte de los datos necesarios para obtener los resultados, se realiza la prueba para la determinación de la gravedad específica del suelo, por medio del picnómetro, según la norma ASTM D854-14. Los resultados se encuentran en el Anexo 1-9. E.2.3.2 Clasificación de la arena Según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos, el material se clasifica como una Arena bien gradada (SW) sin plasticidad. E.2.3.3 Conclusiones El material posee las características idóneas para mejorar la granulometría del suelo. Ver el Anexo 1-10.

Imagen 26. Picn贸metro con muestra de arena. Fuente: propia 106

E.3 Bloques de suelo-cemento

Con la materia prima caracterizada, el suelo y la arena, se procede a diseĂąar las mezclas de suelo-cemento y suelo-arena-cemento, a partir de estudios desarrollados previamente. Definidas las proporciones de los materiales, se procede a establecer la morfologĂa y dimensiones del bloque, para posteriormente elaborarlos a partir de un molde diseĂąado y fabricado por el investigador. 107

Imagen 27. Bloques de suelo-cemento. Fuente: propia

etapa

108

E.3.1 Diseño de mezclas

En esta fase se diseñan las mezclas y establecen las proporciones de los componentes secos del bloque de suelo-cemento y suelo-arena-cemento, a partir de investigaciones previas. Asimismo, se establece el contenido de humedad a partir de la Prueba de Compactación con Esfuerzo Estándar. 109

E. 3.1.1 Componentes secos Para determinar las cantidades de cada uno de los materiales a implementar en el bloque, se decide utilizar como referencia la investigación “El ladrillo de suelo-cemento: Su comportamiento individual y en paredes” (Chaverri, 1983), así como se toma en cuenta la información analizada en el Marco Teórico. A partir de ello, se determina que el porcentaje de cemento no debe de superar el 25% en peso y en 30% el contenido de arena a implementar. Para efectos de esta investigación, se decide hacer uso del cemento UG, de Uso General, debido a la disponibilidad y facilidad de acceso en el mercado nacional. El suelo, ilustrado en la Imagen 28, y la arena a utilizar, ya fueron analizados y caracterizados en apartados anteriores. E.3.1.2 Mezclas Se propone generar diferentes mezclas, con cantidades variables de cemento (15%, 20% y 25%), con el fin de comparar su incidencia en el mejoramiento de la resistencia a compresión axial (f’m). Asimismo, se decide implementar mezclas con cemento (20%) y arena (25% y 30%) que no lleguen a sobrepasar en más del 50% en contenido del total en peso de la mezcla, por la suma de ambos materiales, ya que la idea al generar las mezclas de suelo-cemento es que el contenido del primero sea el predominante. Por último, y con fines comparativos, se decide incluir dentro de las mezclas una que corresponda al 100% del suelo. Las proporciones en peso de las anteriores mezclas se encuentran en el Anexo 1-11.

Imagen 28. El suelo, componente predominante de las mezclas. Fuente: propia 110

E.3.1.3 Contenido de humedad Definidas las proporciones de los materiales secos a implementar, se procede a determinar el contenido de humedad a incluir en las distintas mezclas, para lo cual se recurre al “Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12 400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3))”, según la norma ASTM D698-12, método A. Se decide implementar esta prueba, ya que a través de ella se define el contenido de humedad óptimo para alcanzar la máxima densidad del material. E.3.1.3.1 Objetivo de la prueba Determinar el contenido de humedad óptimo, así como el peso específico máximo seco de las diferentes mezclas de suelo-cemento, por medio de la prueba de compactación realizada en laboratorio. E.3.1.3.2 Definición de las mezclas La prueba de compactación se ejecuta con las siguientes mezclas: 100% suelo, 0% cemento, 0% arena 85% suelo, 15% cemento, 0% arena 80% suelo, 20% cemento, 0% arena 75% suelo, 25% cemento, 0% arena 55% suelo, 20% cemento, 25% arena 50% suelo, 20% cemento, 30% arena E.3.1.3.3 Instrumentos Se emplean los siguientes: - Tamiz No. 4 - Cilindro metálico de compactación (4" de diámetro), incluido el collar y la placa de base - Espátula metálica - Enrrasador metálico - Balanza (precisión de 0.5g) - Probeta de vidrio graduada (capacidad 1000ml) - Compactador mecánico con pisón de base circular (4.5kg) - Prensa hidráulica 111

- Cápsulas metálicas - Bandeja metálica - Cuchara metálica - Horno capaz de mantener una temperatura constante de 110±5°C - Otros misceláneos E.3.1.3.4 Consideraciones previas Antes de realizar las pruebas, se toman en cuenta los siguientes aspectos: - Secado al sol de los materiales Conforme al “Dry Preparation Method” de la norma ASTM D698-12, se procede a realizar el secado al sol del limo y la arena, por al menos una semana, 40 horas de sol efectiva, en un espacio de cubierta translúcida, con el fin de facilitar el posterior tamizado, así como para tener un material prácticamente seco, que permita tener un mayor control sobre los contenidos de humedad a adicionar. El material resultante es almacenado en baldes con tapa de plástico. - Tamizado Una vez secos ambos materiales, se procede a tamizarlos empleando la malla No. 4, según especifica la norma para el método A, descartando el material retenido y siendo almacenado el restante nuevamente en los baldes. - Preparación de los materiales El día previo a la realización de las pruebas se pesan y almacenan los materiales de cada uno de los puntos de la prueba en bolsas plásticas, separando al cemento de los otros agregados, el limo y arena, con el fin de evitar la hidratación e inicio del proceso del fraguado por el contacto con la humedad de los otros materiales. Se pesa en total una cantidad de 2700g por cada punto. - Pesaje de las cápsulas metálicas Adicionalmente, se deben de pesar los recipientes a utilizar en la prueba para la determinación del contenido de humedad.

Imagen 29. Molde ubicado en el compactador mecรกnico. Fuente: propia 112

E.3.1.3.5 Procedimiento 1- Determinar y registrar el peso del molde vacío sin collar. 2- Combinar los agregados con el cemento en seco en una bandeja metálica y mezclar hasta homogenizar, adquiriendo un color uniforme. 3- Repartir el material por toda la bandeja y adicionar el contenido de humedad previamente establecido, haciendo uso de la probeta. 4- Homogenizar el agua en la mezcla. 5- Colocar tres cucharadas de material en el molde, correspondiente a una tercera parte del mismo, para luego accionar el compactador mecánico aplicando los 25 golpes. 6- Realizar el punto anterior 3 veces hasta llenar el molde. 7- Retirar el collar y por medio del enrrasador eliminar el material sobrante, llevando a nivel del borde del molde. 8- Determinar y registrar el peso del molde con el material. 9- Retirar el cilindro del molde empleando la prensa hidráulica. 10- Extraer del centro del cilindro una cantidad de material y colocar en una cápsula metálica. 11- Determinar y registrar el peso de la cápsula y el material. 12- Colocar la cápsula en el horno por 24 horas. 13- Determinar y registrar el peso de la cápsula y el material seco. 14- Realizar los cálculos para determinar el contenido de humedad óptimo y el peso específico seco del suelo, expresada por medio de la curva de compactación. E.3.1.3.6 Resultados Los resultados para cada una de las mezclas se muestran en los Anexos 1-12, 1-13, 1-14, 1-15, 1-16 y 1-17. E.3.1.3.7 Conclusiones A partir de los resultados se concluye que la densidad del material seco 113

aumenta, conforme se adiciona más cemento y arena, y disminuye conforme aumenta la cantidad de suelo. El contenido de humedad óptimo es notablemente superior en mezclas con mayores proporciones de suelo, comparado con aquellas en las cuales las cantidades de arena son superiores. Esto se debe posiblemente a la baja capacidad de absorber y mantener la humedad llegando incluso a requerir, en algunas mezclas, prácticamente la mitad de humedad que la mezcla compuesta totalmente de suelo. La presencia de cemento no altera significativamente este valor. En cuanto a la densidad, esta se incrementa conforme se aumenta el porcentaje de cemento y, en mayor medida, conforme se aumenta el contenido de arena.

Imagen 30. Muestras para determinar el contenido de humedad. Fuente: propia 114

E.3.2 Producción de bloques

En esta sección se define la morfología y dimensiones del bloque de suelo-cemento a fabricar. A partir de ellas se confecciona un molde para la elaboración de los bloques. Asimismo, se explica el proceso de producción e hidratación de los bloques. 115

E.3.2.1 Morfología del bloque Previo a la elaboración de los bloques se define la morfología y dimensionamiento, para lo cual se toma como referencia las características mencionadas por Bestraten et al, (2011) y Fernández, (2014), para este tipo de bloques. En este sentido, se establece que el mismo debe ser de forma prismática, sin perforaciones, con dimensiones de 30cm de largo, 15cm de ancho y 10cm de alto, como se muestra en la Imagen 31. Adicionalmente, estas medidas son ideales para el proceso de producción de los bloques, ya que se adecúan cómodamente a la prensa hidráulica a utilizar. E.3.2.2 Confección del molde Por razones económicas y de disponibilidad de equipo, se realiza un molde con plywood de pino hondureño de 15mm de espesor, capaz de soportar la presión requerida, de 2800 kgf, producidos por la prensa hidráulica, correspondiente a la fuerza de compactación utilizada en las Pruebas de Compactación ejecutadas en la sección anterior. El molde es elaborado en el Laboratorio de Materiales, Prácticas y Experimentación Tecnológica (LAMPET) de la Universidad Veritas, debido al equipo con que ahí se dispone. Entre ellos se utilizan herramientas de carpintería manual como seguetas y martillos, así como equipo mecánico como sierras y lijadoras. El molde se compone básicamente de una base, una tapa y cuatro piezas en forma de “L”. Cada una de estas últimas se compone de dos piezas ligadas entre sí por medio de colas de milano como traba. Estas mimas piezas, en forma de “L”, se arman utilizando prensas y pasadores metálicos, para luego ser colocadas en una base del mismo material, plywood.

Imagen 31. Bloques de suelo-cemento. Fuente: propia 116

Este sistema permite un fácil desmolde ya que, una vez compactado el bloque, se retiran las prensas y pasadores y, posteriormente, cada una de las “L”s, como se muestra en la Imagen 32. La tapa, se compone de cuatro piezas idénticas de plywood de 30x15cm, apiladas unas sobre otras y ligadas entre sí por medio de cola para madera y clavos metálicos. Sobre ellas se fijan dos piezas de plywood en forma de cruz, rigidizadas a través de una pieza de pino de sección cuadrada de 4x4cm la cual transfiere, al mismo tiempo, las cargas de la prensa a la cruceta y, posteriormente, esta la distribuye a través de las piezas apiladas. E.3.2.3 Cantidad de bloques Previo a la elaboración de los bloques, se procede a definir la cantidad de especímenes a desarrollar. En este sentido, se establece que, para cada mezcla, se realizarán 10 bloques. Esto con el objetivo de ser fallados en los días 7, 14 y 28, desde su fabricación y poder analizar la ganancia de resistencia con el tiempo. Cada día serán fallados tres especímenes, para poder obtener un resultado, promedio de los tres. Adicionalmente, se debe elaborar uno como previsión ante un contratiempo o problema que se presente. E.3.2.4 Proceso de moldeo Con el molde elaborado, se continúa con la producción de los bloques. Para ello, primero se realizan los cálculos de las cantidades de material necesario para cada una de las mezclas. Los instrumentos, consideraciones y procedimientos son los mismos para todas las mezclas. E.3.2.4.1 Instrumentos - Prensa Hidráulica (capacidad 10T) - Molde de plywood 117

Prensas Metálicas Rastrillo metálico de mano Nivel de mano Paños húmedos Balde plástico con agua Baldes plásticos vacíos Guantes de látex Pala metálica mediana Pala plástica de mano Balanza (precisión de 2g) Regla metálica Papel encerado

E.3.2.4.2 Consideraciones previas Antes de realizar los bloques, se toman en cuenta los siguientes aspectos: - Secado al sol de los materiales Se procede a realizar el secado al sol del suelo y la arena, por al menos una semana, 40 horas de sol efectiva, en un espacio de cubierta translúcida, con el fin de facilitar el posterior tamizado, así como para tener un material prácticamente seco, que permita tener un mayor control sobre los contenidos de humedad a adicionar. El material resultante es almacenado en baldes con tapa de plástico para evitar la ganancia de humedad por contacto con el ambiente. - Tamizado Una vez secos ambos materiales, se procede a tamizarlos empleando la malla No. 4, descartando el material retenido y siendo almacenado el restante nuevamente en los baldes. - Determinar el contenido de humedad Pesar en una cápsula metálica una cantidad aproximada de 100g de material y colocar en el horno por 24 horas. Al sacarlo, se debe dejar enfriar por aproximadamente 10 minutos para pesar nuevamente las cápsulas. Con estos datos se determina la humedad del suelo secado al sol. E.3.2.4.3 Procedimiento 1- A partir del contenido de humedad del suelo secado al sol, calcular el contenido de agua a adicionar, según

Imagen 32. Molde utilizado para la fabricaci贸n de los bloques. Fuente: propia 118

los resultados obtenidos de las Pruebas de Compactación para cada una de las mezclas. 2- Pesar las cantidades de suelo, cemento y agua a emplear en cada mezcla. 3- Adicionar y mezclar el cemento con el suelo y arena hasta homogenizar el material. 4- Adicionar y mezclar el agua al suelo-cemento hasta homogenizar la mezcla. 5- Pesar en el molde, previamente armado con las prensas, el material necesario para alcanzar la altura aproximada de 6cm una vez compactado. 6- Compactar la mezcla y raspar superficialmente, aprox. 1cm, con rastrillo para crear rugosidad y mejorar la adhesión de la segunda capa. 7- Añadir el resto de la mezcla necesaria para completar la altura del bloque (10cm). 8- Compactar, por medio de la prensa hidráulica, el bloque y posteriormente desmoldarlo. 9- Ubicar cuidadosamente el bloque sobre una mesa y colocar paños húmedos que cubran todo el bloque. Limpiar, armar y alistar el molde. 10- Repetir los pasos del 2 al 9. E.3.2.5 Curado de los bloques Una vez ubicados los bloques con los paños húmedos sobre las mesas, se procede a cubrirlos durante 24h con plástico negro (polipropileno), con el fin de evitar la pérdida de humedad de los mismos. El curado de los especímenes comienza luego de 24h de haber sido fabricados. Si bien originalmente el curado iba ser realizado en el aula de la Cátedra Holcim, gracias a la disposición anuente del Centro de investigación en Vivienda y Construcción (CIVCO) para con esta investigación, es facilitada la 119

Cámara Húmeda de sus instalaciones ubicadas en el Instituto Tecnológico de Costa Rica en Cartago. No obstante, con el fin de evitar el fisuramiento y/o desmoronamiento de los bloques, se decide curarlos durante los primeros dos días en el sitio de producción, para lo cual se humedecen los especímenes cada 12h, manteniéndolos cubiertos con paños húmedos y polipropileno, con el fin de evitar la pérdida de agua. Al tercer día, estos son trasladados, por medio de un vehículo tipo sedán, hasta las instalaciones del CIVCO, donde son etiquetados de acuerdo a su composición y, posteriormente, almacenados en la Cámara Húmeda para culminar con su curado hasta el día de la prueba de compresión axial (f’m), a los 7, 14 ó 28 días.

Imagen 33. Compactaci贸n del bloque de suelo-cemento. Fuente: propia 120

E.4 Resistencia del bloque

En esta etapa se evalúa la resistencia a compresión axial (f’m) de los bloques de suelo-cemento elaborados previamente, para lo cual se especifican los instrumentos, consideraciones y procedimientos empleados. Los resultados obtenidos de cada una de las mezclas a diferentes edades se presentan a través de gráficos de resistencia.

121

Imagen 34. Bloques de suelo-cemento fallados. Fuente: propia

etapa

122

E.4.1 Resistencia a compresión axial (f’m)

E.4.1.1 Objetivo de la prueba Determinar la resistencia a compresión axial (f’m) de las diferentes mezclas de suelo-cemento, por medio de la prueba correspondiente realizada en laboratorio. E.4.1.2 Definición de las mezclas La prueba de resistencia a compresión se ejecuta en bloques con las siguientes mezclas: 100% suelo, 0% cemento, 0% arena 85% suelo, 15% cemento, 0% arena 80% suelo, 20% cemento, 0% arena 75% suelo, 25% cemento, 0% arena 55% suelo, 20% cemento, 25% arena 50% suelo, 20% cemento, 30% arena E.4.1.3 Instrumentos Se emplean los siguientes: - Balanza (precisión de 0.01g) - Máquina de ensayo para determinar la resistencia a compresión (capacidad de 3000 kN) - Platinas metálicas - Placas de apoyo

En esta fase se pone a prueba la resistencia a compresión axial de las diferentes mezclas de suelo-cemento diseñadas, en diversos periodos de tiempo. Para ello, se decide aplicar el “Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms”, según ASTM C1314-14. Se opta por implementar esta prueba ya que, a través de ella, se puede determinar el tipo de bloque y su uso constructivo. 123

E.4.1.4 Consideraciones previas Antes de realizar la prueba, se toman en cuenta los siguientes aspectos: - Pesaje de los especímenes Se procede a extraer de la Cámara Húmeda los bloques a ser fallados, para ser pesados. Los datos obtenidos deben de ser registrados, indicando el resultado con el respectivo espécimen. - Preparación de la máquina Debido a que el equipo en el que se realiza la prueba, también es utilizado para fallar cilindros, se deben colocar placas de apoyo, superior e inferior, para poder posicionar el bloque. E.4.1.5 Procedimiento 1- Verificar las dimensiones del longitud, altura y ancho de los especímenes para ser introducidas en el equipo de ensayo. 2- Limpiar la placa de apoyo superior e inferior.

Imagen 35. Falla tĂpica del bloque de suelo-cemento. Fuente: propia 124

3- Colocar y alinear cada uno de los especímenes en el equipo de ensayo de manera que su centroide coincida con el punto de aplicación de la carga. 4- Ensayar el espécimen aplicando una carga de 0.25MPa/s, distribuida uniformemente a través de las placas, hasta el momento de falla. 5- Registrar la resistencia máxima alcanzada por el espécimen en MPa y KN. 6- Retirar el bloque fallado y repetir los pasos del 1 al 5. E.4.1.6 Resultados Los resultados para cada una de las mezclas se muestran en los Anexos 1-18, 1-19, 1-20, 1-21, 1-22, 1-23, 1-24 y 1-25. E.4.1.7 Conclusiones A partir de los resultados se concluye que la resistencia de los bloques aumenta a mayores contenidos de cemento y arena. Asimismo, la resistencia se incrementa con el tiempo. En el caso de los bloques conformados 100% de suelo, se excluyen de los resultados, ya que durante el proceso de desmolde repetidas veces fue destruido. Tomando como referencia el Código Sísmico de Costa Rica 2010, se establece que los bloques pueden ser utilizados a nivel no estructural. Sin embargo, para el caso de la mezcla compuesta por un 20% de cemento, un 30% de arena y un 50% de suelo, se alcanza una resistencia promedio de 7.54 MPa a los 28 días de edad por lo que cumple, según ese mismo código, para ser categorizado como bloque estructural Clase C.

125

Imagen 36. Fallo del bloque en la mรกquina de ensayo. Fuente: propia 126

E.5 Análisis comparativo

En esta etapa de la investigación se realiza un análisis comparativo de la mezcla con mayor resistencia a la compresión axial (f’m), con algunos de los bloques de concreto y ladrillos de arcilla disponibles en el mercado nacional. Con el fin de valorar su viabilidad y factibilidad de uso, se valoran dos variable, costo de producción y resistencia a compresión. 127

Imagen 37. Bloques de suelo-cemento. Fuente: propia

etapa

128

E.5.1 Presupuesto del bloque desarrollado

E.5.1.1 Esquema de negocio Para poder generar el presupuesto, se plantea el esquema de negocio el cual consiste, básicamente, en el desarrollo de los bloques en sitio, a partir del uso de maquinaria industrial que es alquilada y llevada al proyecto durante el tiempo necesario para la elaboración de bloques, similar al sistema utilizado por las empresas de alquiler de mezcladoras. Sin embargo, para poder realizar la producción en sitio se requiere de una amplia disponibilidad de espacio y materia prima, lo que limita su uso en regiones urbanas. E.5.1.2 Recopilación de datos Luego de definir el esquema de negocio, se procede a recopilar la información necesaria, para lo cual se contacta a varios proveedores, así como se consultan precios de ferretería e información salarial vigente para los meses de octubre y noviembre del 2015. E.5.1.3 Elaboración del presupuesto El presupuesto parte de una serie de supuestos, los cuales se exponen en el Anexo 1-26, para la producción de 11.200 bloques, en un lapso de 7 días (56h laborales), periodo a partir del cual los costos de producción tienden a estabilizarse, con o sin utilidad sobre el costo de fabricación, como se muestra en las tablas del Anexo 1-27 y 1-28, y en los gráficos del Anexo 1-29 y 1-30. En el Anexo 1-31, se detallan los costo de producción bajo las condiciones descritas anteriormente.

Con el fin de conocer el posible costo de producción a mayor escala del bloque de suelo-cemento, se decide tomar como referencia la mezcla con mejor desempeño en la resistencia a compresión axial (f’m), es decir aquella compuesta por 50% suelo, 20% cemento y 30% arena. 129

E.5.2 Comparación de resistencia y costo

E.5.2.1 Recopilación de datos Para poder obtener el costo de producción y resistencia compresión de los bloques en el mercado, se contacta a varios proveedores. Asimismo, se consultan precios de ferretería, con el fin de realizar además una comparación de los costos con intermediario según información recopilada en los meses de octubre y noviembre del 2015. E.5.2.2 Comparación de características La información obtenida de los proveedores directos de los diferentes bloques y ladrillos se encuentran sintetizados en el Anexo 1-32. Los datos obtenidos de ferretería para algunos de esos productos se encuentran en el Anexo 1-33. Los datos obtenidos del bloque desarrollado en esta investigación se sintetizan en el Anexo 1-34. A partir de esas tablas se generan los gráficos del Anexo 1-35 y 1-36. E.5.2.3 Conclusiones Como se observa en los gráficos, el costo, por m² de construcción, implementando bloques de suelo-cemento, es inferior al de los ladrillos de arcilla, pero mayor al bloque de arcilla y a la mayoría de los bloques de concreto. En cuanto a la resistencia a compresión axial (f’m), el bloque de suelo-cemento es el que posee el menor rendimiento.

En este apartado se comparan los costos de producción y resistencia a compresión axial del bloque de suelo-cemento, con otros dentro del mercado nacional, con el fin de valorar la viabilidad de su uso en el país. 130

E.6 Nuevas morfologías

En esta última etapa de la investigación se valora, de forma inicial, una nueva morfología para el bloque de suelo-cemento, a partir de diferentes alternativas, con el fin de mejorar la flexibilidad a la hora de realizar muros curvos o con ángulos diferentes al de 90°, y con ello aumentar las posibilidades para crear espacios con diferentes calidades espaciales. 131

Imagen 38. Bloque con nueva morfologĂa. Fuente: propia

etapa

132

E.6.1 Planteamiento inicial

E.6.1.1 El bloque prismático Tradicionalmente y hasta la actualidad, la morfología del bloque, independientemente del material, se caracteriza por ser ortogonal, con presencia de aristas y vértices. Esta característica permite generar, eficientemente, espacios prismáticos de ángulos rectos. Si bien las medidas de estos varían entre una morfología y otra, su esencia como paralelepípedo se mantiene siempre vigente. E.6.1.2 El bloque Mattone Dentro de los bloques prismático se encuentra el desarrollado por Roberto Mattone en el año 2007 (Neves, 2011) el cual posee, al igual que otros, dos perforaciones cilíndricas con el fin de poder ser reforzado con concreto armado o colocar instalaciones electromecánicas. Sin embargo, lo novedoso de este bloque, es la implementación de encajes alrededor de las perforaciones, como se muestra en el Diagrama 15, lo que permite apilar de forma más eficiente, exacta y precisa los bloques a la hora de construir el muro.

A lo largo del proceso de análisis de los diversos bloques en el mercado nacional, se detecta una constante, ya que todos ellos, incluido el de esta investigación, son ortogonales. A partir de ello se plantea una inquietud en cuanto a la flexibilidad de estos bloques para realizar muros curvos y con ángulos agudos u obtusos. Es por ello que se deciden analizar diferentes morfologías, con el fin de seleccionar la que permita una mayor flexibilidad espacial. 133

E.6.1.3 Flexibilidad de los bloques Si bien los bloques prismáticos poseen gran popularidad, debido a lo sencillo de su morfología y facilidad para generar muros lineales y perpendiculares, a la hora de implementarse en otro tipo de muros, especialmente curvos y de ángulos diferentes a 90°, aparecen limitaciones en cuanto a la flexibilidad, debido a que el sistema es forzado a trabajar de una manera para la que no fue diseñado, dada su naturaleza ortogonal. Ante esta situación, surge la inquietud de analizar nuevas morfologías, con el fin de plantear un bloque que abogue por una mayor flexibilidad.

Simetría biaxial bloque/ disposición

prism.

Simetría uniaxial b.1

b.1.1

Simetría biaxial b.2

b.2.2

b.3

b.4

lineal

90° sobrepuesto 90° contiguo 45° sobrepuesto 45° contiguo 45° contig./sobre. -45° (intermedio) contiguo -45° (intermedio) contig./sobre. -45° contiguo -45° contig./sobre.

Falla o error en la disposición

Matriz 01. Planteamiento de la nueva morfología Elaboración propia

134

E.6.1.4 Análisis de morfologías Para poder determinar el bloque con la mayor flexibilidad, se realiza una matriz a partir del bloque Mattone, como se muestra en la Matriz 01. Se toman como constantes las dos perforaciones con encajes, así como las dimensiones, las cuales deben encontrarse dentro de los de 10cm de alto, 15cm de ancho y 30cm de alto, correspondiente a la misma modulación empleada en el bloque prismático previamente realizado en esta investigación. Como variante, se encuentra la simetría, tanto uniaxial como biaxial. Una vez establecidas estas características, se analiza el comportamiento de cada bloque en distintas disposiciones, proceso a través del cual se detectan limitantes o fallas, lo que resulta en el descarte de la morfología. Luego de analizar múltiples opciones, se detecta una, correspondiente al bloque b.4, con gran flexibilidad, capaz de responder eficientemente a todas las disposiciones planteadas. E.6.1.5 Bloque cóncavo-convexo Este bloque, ilustrado en el Diagrama 15, es el único, dentro de alternativas analizadas, que no presenta en su planta segmentos lineales, ya que se conforma únicamente de curvas cóncavas y convexas, de ahí su nombre. Además, tiene la capacidad para generar ángulos agudos de hasta 60° y obtusos de hasta 300°. Por último, debido a su forma, al ser dispuesto en conjunto, genera una textura curva que puede llegar a contribuir con la calidad espacial. E.6.1.6 Posibilidades espaciales Una vez caracterizado el bloque, se analizan diferentes alternativas para generar muros, tanto lineales como curvos. Los resultados de este análisis se muestran en el Diagrama 16. 135

E.6.1.7 Conclusiones Debido a que la morfología presentada anteriormente corresponde a un planteamiento inicial, es importante analizarla con mayor profundidad, con el fin de valorar su viabilidad estructural. Asimismo, es pertinente investigar nuevas morfologías en busca de una mayor eficiencia modular, con el fin de permitir mayores posibilidades a la hora de generar espacios.

Bloque prismático

Bloque Mattone

Bloque cóncavo-convexo

Diagrama 15. Diferentes morfologías de bloques Elaboración propia

Muro lineal

Muro curvo

Esquina 90掳

Esquina 60掳

Esquina curva

Muro T

Diagrama 16. Diferentes disposiciones de muro para el bloque c贸ncavo-convexo Elaboraci贸n propia

136

CR Conclusiones y Recomendaciones

137

Imagen 38. Bloque de suelo-cemento fallado. Fuente: propia 138

Conclusiones de la investigación

1- La propuesta pone en evidencia el bloque de suelo-cemento, ya que en el país existen pocas investigaciones en el tema y estas datan de la década de 1980’s, por lo que se encuentran desactualizadas. 2- El bloque de suelo-cemento, bajo las condiciones y variables presentadas en la investigación, es viable para uso no estructural en la construcción en Costa Rica. 3- El bloque de suelo-cemento, bajo las condiciones y variables presentadas en la investigación, es más costoso para la construcción, por m², que la mayoría de los bloques de concreto y arcilla, pero más económico que los ladrillos de arcilla. 4- Se debe continuar con la investigación en la construcción con suelo y estabilizantes para ampliar los conocimientos en el campo y establecer de forma más clara y precisa la factibilidad y viabilidad de su uso como alternativa constructiva. 5- Debido a que se requiere de conocimientos técnicos para poder materializar la arquitectura, es importante y necesario que el arquitecto se involucre en la investigación y exploración de materiales para que, a partir de ello, participe en el desarrollo de nuevas tecnologías y/o alternativas, entendiendo su naturaleza y lógica estructural y así, posteriormente, pueda tomarlas en cuenta e implementarlas en el diseño y construcción de proyectos.

A partir de los resultados, experiencias y conocimientos adquiridos a lo largo de la presente investigación, se realizan las siguientes conclusiones. 139

Recomendaciones de la investigación

1- Diseñar nuevas mezclas con suelos más óptimos para la elaboración del bloque de suelo-cemento, tomando en cuenta la granulometría y plasticidad, para valorar su rendimiento estructural y costo económico. 2- Investigar otros aditivos que puedan ser introducidos en las mezclas y que ayuden a mejorar la resistencia y costo económico del bloque de suelo-cemento. 3- Realizar investigaciones de la resistencia a flexión, absorción y deformación hidro-dependiente (variación dimensional por contacto con el agua), así como determinar las características ambientales y de confort del bloque de suelo-cemento. 4Estudiar sistemas industriales productivos más eficientes para aumentar la rentabilidad de producción del bloque de suelo-cemento. 5- Valorar a profundidad la morfología planteada, así como el diseño de nuevas posibilidades que permitan mayor flexibilidad en la construcción de muros, tomando en cuenta la calidad espacial e integridad estructural. 6- Utilizar equipo de moldeo manual o mecánico especializado para la elaboración de bloques de suelo-cemento, como la Cinva-Ram.

A partir de los resultados y conclusiones obtenidas de la presente investigación, se plantean las siguientes recomendaciones. 140

B Bibliografía

141

142

Documentos, libros y revistas Arrieta, G., Navas, A. (2009). Evaluación técnica de la influencia del contenido de humedad de los bloques de concreto sobre la resistencia a compresión de la mampostería. X Seminario de Ingeniería Estructural y Sísmica. San José, Costa Rica. - Aparicio, J. (2000). El muro, concepto esencial en el proyecto arquitectónico: la materialización de la idea y la idealización de la materia. Argentina: Universidad de Palermo. - Barattero, A. (s.f.). Nuevas Perspectivas en la Industria de la Construcción en el Paradigma de la Sostenibilidad. - Begliardo, H. et al. (s.f.). Ladrillos de suelo-cemento elaborados con suelos superficiales y barros de excavación para pilotes. Universidad Tecnológica Nacional. - Bestraten, S., Hormías, E., Altemir, A. (2011). Construcción con tierra en el siglo XXI. - Borges, O., Neves, C., Garzón, L. Guerrero, L. (2011). Técnicas de construcción con tierra. Bauru: FEB UNESP/Proterra. - Centro de Investigación Hábitat y Energía. (2006). Construcción con tierra. Buenos Aires, Argentina. - Chaverri, J. (1983). El ladrillo de suelo-cemento: su comportamiento individual y en paredes. Informe de Investigación para Graduación. Universidad de Costa Rica. - Ching, F. (2010). Arquitectura. Forma, espacio y orden. 3a. Ed. Editorial Gustavo Gili - Consejo Nacional de Desarrollo (1991). La tierra... una experiencia milenaria. Ecuador: Comisión de Asentamientos Humanos del Ecuador. Secretaría técnica. 143

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Códigos y normas - Comisión Permanente de Estudio y Revisión del Código Sísmico de Costa Rica (CPCSCR). (2010). Código Sísmico de Costa Rica 2010. Cartago, Costa Rica: Editorial Tecnológico de Costa Rica. - American Society for Testing and Materials (ASTM). (2014). ASTM C1314-14: Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms. West Conshohocken, PA. - American Society for Testing and Materials (ASTM). (2010). ASTM D2216-10: Standard Test Methods for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass. West Conshohocken, PA.

- American Society for Testing and Materials (ASTM). (2007). ASTM D422-63 (Reapproved 2007): Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils. West Conshohocken, PA. - American Society for Testing and Materials (ASTM). (2010). ASTM D4318-10: Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. West Conshohocken, PA. - American Society for Testing and Materials (ASTM). (2009). ASTM D6913-04 (Reapproved 2009): Standard Test Methods for Particle-Size Distribution (Gradation) of Soils Using Sieve Analysis. West Conshohocken, PA. - American Society for Testing and Materials (ASTM). (2012). ASTM D698-12: Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12 400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3)). West Conshohocken, PA. - American Society for Testing and Materials (ASTM). (2014). ASTM D854-14: Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. West Conshohocken, PA.

- American Society for Testing and Materials (ASTM). (2011). ASTM D2487-11: Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soil Classification System). West Conshohocken, PA.

144

A Anexos

145

146

ANEXO 0-1. Suelos ideales para la elaboración de bloques de suelo-cemento según varios autores

Autor

Límite Líquido

Índice de Plasticidad

Composición Granulométrica Arcillas: < 15% Arenas: 55 - 80% Finos: 20 - 45% Aprox. 50% pasa malla No.200

De la Fuente, E.

< 50

< 25

Borges, O.

<= 45

<= 18

Arenas: >50% 100% pasa malla No.4

Centro de Investigación Hábitat y Energía

< 45

< 18

Arcillas: 5 - 35% Limos: 0 - 20% Arenas: 40 - 80% 100% pasa tamiz No.4 15-70% pasa malla No.40 10-50% pasa malla No.200

Bestraten, S. 20 - 50 et al

Sánchez, J.

< 40

Máximo 2%

<=2%

Agua

Cemento

Suelo Plástico 10-20% 10-15% Suelos Razones Granulares económicas 10%

Alrededor 12%

8-12% en peso Razones económicas No usar si arcillas>20%

0 - 30 2.5 - 22

Chaverri, J.

Materia Orgánica

2.5 - 22

Arcillas: 5 - 20% Arenas: 20 - 80% Limos-Arcillas: 25 - 55% Arenas: 45 - 75%

Roseto, O.

Arcillas: 5 - 10% Limos: 10 - 20% Arenas: 60 - 80%

ICPA*

Arcillas: 5 - 10% Limos: 10 - 20% Arenas: 70 - 85%

HOUBEN*

Arcillas: 20 - 30% Limos: 0 - 30% Arenas: 40 - 70%

CINVA*

Arcillas-Limos : 20 - 55% Arenas: 45 - 80%

MERRIL*

Arcillas-Limos : < 50% Arenas: > 50%

*Citado por Begliardo, H. et al. (s.f.)

4 - 20%

Suelo Ideal Límite Líquido < 50

Composición Granulométrica Arcillas y Limos : < 50% Arenas: > 50%

Suelo Estudiado Límite Líquido 0 (sin plasticidad)

Composición Granulométrica Finos*: 72.2% Arena: 27.8%

Estabilización Cemento 4 - 20% Chaverri, J.

Propuesta experimental 20 - 25% *incluye arenas, limos y arcillas

ANEXO 0-2. Curvas típicas que muestran la variación de la resistencia a la compresión simple con el contenido de cemento.* *Fuente: De la Fuente (1995)

Resistencia a la compresión simple (kg/cm²)

Grava arenosa

Arcilla limosa Arcilla arenosa

Arena uniforme Arcilla 20

0 0

Contenido de cemento (% en peso)

ANEXO 1-1. Matriz de las características plásticas y granulométricas de los suelos en la Región Central de Costa Rica*

y(N)

x(E)

Prof. (m)

L.L.

L.P.

I.P.

% Gra. % A. Gru. % A. Med. % A. Fin. % Fin.

*Fuente: Laboratorio de Geomecánica, Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica s.d. Sin datos

Nombre del suelo**

**Seg煤n la clasificaci贸n utilizada por la Escuela Centroamericana de Geolog铆a de la Universidad de Costa Rica, adaptada del Sistema Unificado de Clasificaci贸n de Suelos (SUCS)

y(N)

x(E)

Prof. (m)

L.L.

L.P.

I.P.

% Gra. % A. Gru. % A. Med. % A. Fin. % Fin.

*Fuente: Laboratorio de Geomecánica, Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica s.d. Sin datos

Nombre del suelo**

**Seg煤n la clasificaci贸n utilizada por la Escuela Centroamericana de Geolog铆a de la Universidad de Costa Rica, adaptada del Sistema Unificado de Clasificaci贸n de Suelos (SUCS)

y(N)

x(E)

Prof. (m)

L.L.

L.P.

I.P.

% Gra. % A. Gru. % A. Med. % A. Fin. % Fin.

*Fuente: Laboratorio de Geomecánica, Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica s.d. Sin datos

Nombre del suelo**

**Seg煤n la clasificaci贸n utilizada por la Escuela Centroamericana de Geolog铆a de la Universidad de Costa Rica, adaptada del Sistema Unificado de Clasificaci贸n de Suelos (SUCS)

y(N)

x(E)

Prof. (m)

L.L.

L.P.

I.P.

% Gra. % A. Gru. % A. Med. % A. Fin. % Fin.

*Fuente: Laboratorio de Geomecánica, Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica s.d. Sin datos

Nombre del suelo**

**Seg煤n la clasificaci贸n utilizada por la Escuela Centroamericana de Geolog铆a de la Universidad de Costa Rica, adaptada del Sistema Unificado de Clasificaci贸n de Suelos (SUCS)

y(N)

x(E)

Prof. (m)

L.L.

L.P.

I.P.

% Gra. % A. Gru. % A. Med. % A. Fin. % Fin.

*Fuente: Laboratorio de Geomecánica, Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica s.d. Sin datos

Nombre del suelo**

**Seg煤n la clasificaci贸n utilizada por la Escuela Centroamericana de Geolog铆a de la Universidad de Costa Rica, adaptada del Sistema Unificado de Clasificaci贸n de Suelos (SUCS)

y(N)

x(E)

Prof. (m)

L.L.

L.P.

I.P.

% Gra. % A. Gru. % A. Med. % A. Fin. % Fin.

*Fuente: Laboratorio de Geomecánica, Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica s.d. Sin datos

Nombre del suelo**

**Seg煤n la clasificaci贸n utilizada por la Escuela Centroamericana de Geolog铆a de la Universidad de Costa Rica, adaptada del Sistema Unificado de Clasificaci贸n de Suelos (SUCS)

ANEXO 1-2. Matriz comparativa para la selección del sitio de extracción a partir de las características plásticas y granulométricas de los suelos en la Región Central Metropolitana de Costa Rica ** y(N)

x(E)

*A = Aprobado s.d. Sin datos

L.L.

L.P.

I.P.

% Grava % A. Gruesa % A. Media % A. Fina % Finos Cond.*

AR = Aprobado con restricción

R = Rechazado

y(N)

x(E)

L.L.

L.P.

I.P.

% Grava % A. Gruesa % A. Media % A. Fina % Finos Cond.*

**Fuente: Laboratorio de Geomecánica, Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica

y(N)

x(E)

*A = Aprobado s.d. Sin datos

L.L.

L.P.

I.P.

% Grava % A. Gruesa % A. Media % A. Fina % Finos Cond.*

AR = Aprobado con restricci贸n

R = Rechazado

y(N)

x(E)

L.L.

L.P.

I.P.

% Grava % A. Gruesa % A. Media % A. Fina % Finos Cond.*

**Fuente: Laboratorio de Geomecánica, Laboratorio Especializado de Suelos y Rocas, FUNDEVI, de la Escuela Centroamericana de Geología de la Universidad de Costa Rica

ANEXO 1-3. Análisis Granulométrico por tamizado del suelo

Fecha de realización

Realizado por

Daniel Pinto Atmetlla Vía

Profundidad

Húmeda

Proyecto

11/08/2015 No. de muestra

6.0m

Proyecto de Graduación

Peso inicial (g)

M-1

Localización

233.83

Rohrmoser, Pavas, San José

Determinación de la Granulometría No. de Tamiz

No. de Recipiente

Peso Retenido (g)

Porcentaje pasando (%)

100.0

0.70

99.7

1.09

99.2

1.76

98.5

7.15

95.4

100

13.83

89.5

200

40.51

72.2

Fondo

168.79

Composición Granulométrica (%)

Porcentaje de partículas pasando (%)

0.075

0.16

0.315

72.2

0.63

Finos

26.3

1.25

Arena Fina

1.2

2.5

Arena Media

0.3

Arena Gruesa

0.0

80 56 40 28 20 14 10

100

Grava Fina

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100

Tamaño de partículas (mm)

0.1

0.01

0.001

ANEXO 1-4. Análisis Granulométrico por hidrómetro del suelo

Determinación de la Granulometría Lect. Temperatura Tiempo Suspensión (min) T ( ºC)

Constante (K)

Lect. Hidrom. (Ra)

Lect. Correg. (Rc)

Dato (R)

Longitud Efectiva L (cm)

Porcentaje Diámetro Pasando D2 P (%)

Tabla Resumen de distribución granulométrica Mallas

Abertura

Masa % Retenido % Retenido % Pasando Retenida (g) Acumulado

ANEXO 1-5. Gravedad específica del suelo

Fecha de realización

Realizado por

Daniel Pinto Atmetlla Descripción del material

Proyecto

11/08/2015 Código de la muestra

Limo arenoso sin plasticidad

Proyecto de Graduación Localización

M-1

Determinación de la Gravedad Específica No. de picnómetro

Peso de picnómetro + agua + muestra, W bws (g)

376.57

Temperatura T (°C)

24.00

Densidad del agua rH2O (g/cm³)

0.99733

Peso de picnómetro + agua W bw (g)

343.32

Peso del suelo Ws (g)

52.76

Peso del suelo seco Wg (g)

52.62

Volúmen de suelo Vs (cm³)

19.51

Gravedad específica Gs

2.70

Rohrmoser, Pavas, San José

ANEXO 1-6. Matriz para la aprobación del suelo según sus características granulométricas y plásticas

Material

Finos (%)

*A = Aprobado

Límite Líquido

AR = Aprobado con restricción

Condición* *

R = Rechazado s.d. Sin datos

ANEXO 1-7. Análisis Granulométrico por tamizado de la arena

Fecha de realización

Realizado por

Daniel Pinto Atmetlla Vía

Profundidad

Húmeda

Proyecto

13/10/2015 No. de muestra

N/A

Proyecto de Graduación

Peso inicial (g)

M-2

Localización

553.30

Obtenido de Ferretería

Determinación de la Granulometría No. de Tamiz

No. de Recipiente

Peso Retenido (g)

Porcentaje pasando (%)

3/8’’

100.0

3.63

99.3

114.82

78.6

158.38

50.0

121.44

28.0

72.76

14.9

100

31.34

9.2

200

27.06

4.3

Fondo

23.87

Composición Granulométrica (%)

Porcentaje de partículas pasando (%)

0.075

0.16

0.315

4.3

0.63

Finos

23.8

1.25

Arena Fina

50.5

2.5

Arena Media

20.7

Arena Gruesa

0.7

80 56 40 28 20 14 10

100

Grava Fina

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100

Tamaño de partículas (mm)

0.1

0.01

0.001

ANEXO 1-8. Análisis Granulométrico por hidrómetro de la arena

Determinación de la Granulometría Lect. Temperatura Tiempo Suspensión (min) T ( ºC)

Constante (K)

Lect. Hidrom. (Ra)

Lect. Correg. (Rc)

Dato (R)

Longitud Efectiva L (cm)

Porcentaje Diámetro Pasando D2 P (%)

Tabla Resumen de distribución granulométrica Mallas

Abertura

Masa % Retenido % Retenido % Pasando Retenida (g) Acumulado

ANEXO 1-9. Gravedad específica de la arena

Realizado por

Fecha de realización

Daniel Pinto Atmetlla Descripción del material

Arena bien gradada (SW) sin plasticidad

Proyecto

13/10/2015 Código de la muestra

Proyecto de Graduación Localización

M-2

Determinación de la Gravedad Específica No. de picnómetro

Peso de picnómetro + agua + muestra, W bws (g)

380.31

Temperatura T (°C)

22.00

Densidad del agua rH2O (g/cm³)

0.99780

Peso de picnómetro + agua W bw (g)

343.45

Peso del suelo Ws (g)

57.34

Peso del suelo seco Wg (g)

57.21

Volúmen de suelo Vs (cm³)

20.48

Gravedad específica Gs

2.80

Obtenido de Ferretería

ANEXO 1-10. Matriz para la aprobación de la arena según sus características granulométricas y plásticas

Material

Finos (%)

Límite Líquido

Condición* Condición*

*A = Aprobado

AR = Aprobado con restricción

R = Rechazado s.d. Sin datos

ANEXO 1-11. Matriz del porcentaje de materiales para la elaboraci贸n de las mezclas de suelo-cemento

Mezcla

Suelo (%)

Cemento (%)

Arena (%)

ANEXO 1-12. Ensayo de compactación Realizado por

Fecha de realización

Daniel Pinto Atmetlla Descripción del material

Golpes/Capa

Limo arenoso sin plasticidad

Proyecto

07/09/2015

Proyecto de Graduación

No. de capas

Diám. del molde

10.16cm

Peso del martillo

Altura del molde

11.64cm

Volúmen del molde

2.50kg

943.69cm³

Determinación del contenido de humedad Muestra No.

Lata de humedad No.

Peso de lata + suelo húmedo (g)

190.55

176.88

195.22

190.43

208.01

220.29

Peso de lata + suelo seco (g)

149.15

136.72

148.43

143.54

154.10

159.66

Peso del agua (g)

41.40

40.16

46.79

46.89

53.91

60.63

Peso de la lata (g)

34.79

32.66

31.15

30.85

32.46

34.20

Peso del suelo seco (g)

114.36

104.06

117.28

112.69

121.64

125.46

Contenido de humedad (w%)

36.20

38.59

39.90

41.61

44.32

48.33

Determinación de la densidad Humedad añadida (ml)

650

700

750

800

850

950

Peso de suelo + molde (g)

5650

5710.5

5740.5

5746

5736.5

5729

Peso del molde (g)

4195

Peso de suelo húmedo (g)

1455

1515.5

1545.5

1551

1541.5

1534

Densidad húmeda (kN/m³)

15.12

15.75

16.06

16.12

16.02

15.94

Densidad seca (kN/m³)

11.10

11.36

11.48

11.38

11.10

10.75

Densidad seca (pcf)

73.5

70.5

67.5 30

Contenido de humedad (w%)

Humedad óptima: 40.1%

Densidad seca máxima: 73.1pcf (11.48kN/m³)

ANEXO 1-13. Ensayo de compactación Realizado por

Fecha de realización

Daniel Pinto Atmetlla Descripción del material

Golpes/Capa

Limo arenoso sin plasticidad con 15% de cemento

Proyecto

07/09/2015

Proyecto de Graduación

No. de capas

Diám. del molde

10.16cm

Peso del martillo

Altura del molde

11.64cm

Volúmen del molde

2.50kg

943.69cm³

Determinación del contenido de humedad Muestra No.

Lata de humedad No.

Peso de lata + suelo húmedo (g)

181.21

173.38

187.50

219.73

195.63

240.50

Peso de lata + suelo seco (g)

144.01

136.13

145.74

167.44

148.16

175.67

Peso del agua (g)

37.20

37.25

41.76

52.29

47.47

64.83

Peso de la lata (g)

32.14

30.89

32.75

31.03

32.68

31.61

Peso del suelo seco (g)

111.87

105.24

112.99

136.41

115.48

144.06

Contenido de humedad (w%)

33.25

35.40

36.96

38.33

41.11

45.00

Determinación de la densidad Humedad añadida (ml)

650

700

750

800

850

950

Peso de suelo + molde (g)

5661

5724

5771

5789

5769

5775

Peso del molde (g)

4195

Peso de suelo húmedo (g)

1466

1529

1576

1594

1574

1580

Densidad húmeda (kN/m³)

15.23

15.89

16.38

16.57

16.36

16.42

Densidad seca (kN/m³)

11.43

11.74

11.96

11.98

11.59

11.32

Densidad seca (pcf)

76.5

73.5

70.5 28

Contenido de humedad (w%)

Humedad óptima: 37.8%

Densidad seca máxima: 76.3pcf (11.99kN/m³)

ANEXO 1-14. Ensayo de compactación Realizado por

Fecha de realización

Daniel Pinto Atmetlla Descripción del material

Golpes/Capa

Limo arenoso sin plasticidad con 20% de cemento

Proyecto

Proyecto de Graduación

26/08/2015 No. de capas

Diám. del molde

10.16cm

Peso del martillo

Altura del molde

11.64cm

Volúmen del molde

2.50kg

943.69cm³

Determinación del contenido de humedad Muestra No.

Lata de humedad No.

Peso de lata + suelo húmedo (g)

106.38

148.87

117.85

206.82

169.51

171.68

Peso de lata + suelo seco (g)

91.44

121.65

95.49

162.42

128.51

125.59

Peso del agua (g)

14.94

27.22

22.36

44.40

41.00

46.09

Peso de la lata (g)

32.68

31.60

30.44

41.14

32.15

32.75

Peso del suelo seco (g)

58.76

90.05

65.05

121.28

96.36

92.84

Contenido de humedad (w%)

25.43

30.23

34.37

36.61

42.55

49.64

Determinación de la densidad Humedad añadida (ml)

450

550

650

750

850

1000

Peso de suelo + molde (g)

5550

5639.5

5739

5793

5751

5766

Peso del molde (g)

4195

Peso de suelo húmedo (g)

1355

1444.5

1544

1598

1556

1571

Densidad húmeda (kN/m³)

14.08

15.01

16.05

16.61

16.17

16.33

Densidad seca (kN/m³)

11.23

11.53

11.94

12.16

11.34

10.91

Densidad seca (pcf)

77.5

72.5

67.5 15

Contenido de humedad (w%)

Humedad óptima: 37.3%

Densidad seca máxima: 77.6pcf (12.19kN/m³)

ANEXO 1-15. Ensayo de compactación Realizado por

Fecha de realización

Daniel Pinto Atmetlla Descripción del material

Golpes/Capa

Limo arenoso sin plasticidad con 25% de cemento

Proyecto

26/08/2015

Proyecto de Graduación

No. de capas

Diám. del molde

10.16cm

Peso del martillo

Altura del molde

11.64cm

Volúmen del molde

2.50kg

943.69cm³

Determinación del contenido de humedad Muestra No.

Lata de humedad No.

Peso de lata + suelo húmedo (g)

121.85

144.09

164.80

181.55

202.99

225.42

Peso de lata + suelo seco (g)

104.06

119.76

132.77

141.80

154.86

169.75

Peso del agua (g)

17.79

24.33

32.03

39.75

48.13

55.67

Peso de la lata (g)

30.89

32.99

34.79

31.15

32.46

34.19

Peso del suelo seco (g)

73.17

86.77

97.98

110.65

122.40

135.56

Contenido de humedad (w%)

24.31

28.04

32.69

35.92

39.32

41.07

Determinación de la densidad Humedad añadida (ml)

450

550

650

750

850

950

Peso de suelo + molde (g)

5575

5624

5726.5

5797

5770.5

5782

Peso del molde (g)

4195

Peso de suelo húmedo (g)

1380

1429

1531.5

1602

1575.5

1587

Densidad húmeda (kN/m³)

14.34

14.85

15.92

16.65

16.37

16.49

Densidad seca (kN/m³)

11.54

11.60

11.99

12.25

11.75

11.69

Densidad seca (pcf)

76.5

73.5

72 20

Contenido de humedad (w%)

Humedad óptima: 35.5%

Densidad seca máxima: 78.0pcf (12.25kN/m³)

ANEXO 1-16. Ensayo de compactación Realizado por

Fecha de realización

Daniel Pinto Atmetlla Descripción del material

Golpes/Capa

Limo arenoso sin plasticidad con 20% de cemento y 25% de arena de río

Proyecto

19/10/2015

Proyecto de Graduación

No. de capas

Diám. del molde

10.16cm

Peso del martillo

Altura del molde

11.64cm

Volúmen del molde

2.50kg

943.69cm³

Determinación del contenido de humedad Muestra No.

Lata de humedad No.

Peso de lata + suelo húmedo (g)

161.16

175.00

190.03

163.23

212.18

203.21

Peso de lata + suelo seco (g)

142.35

151.20

160.99

137.44

174.05

163.44

Peso del agua (g)

18.81

23.80

29.04

25.79

38.13

39.77

Peso de la lata (g)

31.15

34.20

30.85

32.66

34.79

32.99

Peso del suelo seco (g)

111.20

117.00

130.14

104.78

139.26

130.45

Contenido de humedad (w%)

16.92

20.34

22.31

24.61

27.38

30.49

Determinación de la densidad Humedad añadida (ml)

350

450

500

550

650

700

Peso de suelo + molde (g)

5720

5792

5823

5875.5

5927

5921

Peso del molde (g)

4195

Peso de suelo húmedo (g)

1525

1597

1628

1680.5

1732

1726

Densidad húmeda (kN/m³)

15.85

16.60

16.92

17.46

18.00

17.94

Densidad seca (kN/m³)

13.55

13.79

13.83

14.01

14.13

13.75

Densidad seca (pcf)

86 10

Contenido de humedad (w%)

Humedad óptima: 26.9%

Densidad seca máxima: 90.0pcf (14.14kN/m³)

ANEXO 1-17. Ensayo de compactación Realizado por

Fecha de realización

Daniel Pinto Atmetlla Descripción del material

Golpes/Capa

Limo arenoso sin plasticidad con 20% de cemento y 30% de arena de río

Proyecto

19/10/2015

Proyecto de Graduación

No. de capas

Diám. del molde

10.16cm

Peso del martillo

Altura del molde

11.64cm

Volúmen del molde

2.50kg

943.69cm³

Determinación del contenido de humedad Muestra No.

Lata de humedad No.

Peso de lata + suelo húmedo (g)

184.27

181.65

205.22

182.91

217.15

264.08

Peso de lata + suelo seco (g)

165.51

161.07

179.41

156.77

180.40

216.82

Peso del agua (g)

18.76

20.58

25.81

26.14

36.75

47.26

Peso de la lata (g)

32.08

31.20

31.27

33.22

30.63

32.83

Peso del suelo seco (g)

133.43

129.87

148.14

123.55

149.77

183.99

Contenido de humedad (w%)

14.06

15.85

17.42

21.16

24.54

25.69

Determinación de la densidad Humedad añadida (ml)

300

350

400

500

600

650

Peso de suelo + molde (g)

5797

5835

5887.5

5994

6014.5

5992

Peso del molde (g)

4195

Peso de suelo húmedo (g)

1602

1640

1692.5

1799

1819.5

1797

Densidad húmeda (kN/m³)

16.65

17.04

17.59

18.70

18.91

18.67

Densidad seca (kN/m³)

14.60

14.71

14.98

15.43

15.18

14.86

Densidad seca (pcf)

100

92 5

Contenido de humedad (w%)

Humedad óptima: 22.0%

Densidad seca máxima: 98.3pcf (15.44kN/m³)

ANEXO 1-18. Resistencia a compresión axial (f'm) de los bloques compuestos por un 15% de cemento y un 85% de limo arenoso sin plasticidad

Edad (días)

Peso

Resist. (MPa)

Resist. (KN)

Prom. (MPa)

Prom. (KN)

ANEXO 1-19. Resistencia a compresión axial (f'm) de los bloques compuestos por un 20% de cemento y un 80% de limo arenoso sin plasticidad

Edad (días)

Peso

Resist. (MPa)

Resist. (KN)

Prom. (MPa)

Prom. (KN)

ANEXO 1-20. Resistencia a compresión axial (f'm) de los bloques compuestos por un 25% de cemento y un 75% de limo arenoso sin plasticidad

Edad (días)

Peso

Resist. (MPa)

Resist. (KN)

Prom. (MPa)

Prom. (KN)

ANEXO 1-21. Resistencia promedio a compresión axial (f'm) de los bloques compuestos por un 15%, 20% y 25% de cemento y limo arenoso sin plasticidad

Cemento (%) Edad (días)

Resist. (MPa)

Resist. (KN)

ANEXO 1-22. Resistencia a compresión axial (f'm) de los bloques compuestos por un 20% de cemento, un 25% de arena de río y un 55% de limo arenoso sin plasticidad

Edad (días)

Peso

Resist. (MPa)

Resist. (KN)

Prom. (MPa)

Prom. (KN)

ANEXO 1-23. Resistencia a compresión axial (f'm) de los bloques compuestos por un 20% de cemento, un 30% de arena de río y un 50% de limo arenoso sin plasticidad

Edad (días)

Peso

Resist. (MPa)

Resist. (KN)

Prom. (MPa)

Prom. (KN)

Resistencia a compresión axial (MPa)

ANEXO 1-24. Resistencia a compresión axial (f'm) de los bloques según la edad de las distintas mezclas empleadas

4 3 2 1

Edad (días)

Simbología ID

Mezcla

80% suelo, 20% cemento, 0% arena

75% suelo, 25% cemento, 0% arena

55% suelo, 20% cemento, 25% arena

50% suelo, 20% cemento, 30% arena

*Resistencia promedio a la compresión, establecida por el Código Sísmico de Costa Rica 2010, para los bloques estructurales Clase C.

7.35MPa (75kg/cm²*)

Resistencia a compresi贸n axial (MPa)

ANEXO 1-25. Resistencia a compresi贸n axial (f'm) de los bloques a los 28 d铆as de edad seg煤n el porcentaje de cemento empleado en las mezclas

Porcentaje de cemento (%)

Cantidad de material para la construcción de “n” bloques

Cantidad de material para la construcción de un bloque Información general

ANEXO 1-26. Supuestos para el cálculo del costo de producción de 11.200 bloques con 20% de cemento, 30% de arena y 50% de suelo

Transporte de materiales Costo de la materia prima

Equipo y tiempo de producci贸n

Cant. de trabajadores

Costo de mano de obra

Seguridad ocupacional

Otros materiales y equipos

ANEXO 1-27. Costo y tiempo de producción de diversas cantidades de bloques

No. de bloques

Costo unitario de producción

Horas de producción

Días de producción

ANEXO 1-28. Costo y tiempo de producción de diversas cantidades de bloques más un porcentaje de utilidad

No. de bloques

Costo unitario con 25% de utilidad

Horas de producción

Días de producción

Costo de producción (CRC)

ANEXO 1-29. Costo y tiempo de producción de bloques en un periodo de 10 días laborales

Tiempo de producción (h)

Costo de producción (CRC)

ANEXO 1-30. Costo y tiempo de producción de bloques a los 10, 15 y 30 días laborales

Tiempo de producción (h)

ANEXO 1-31. Costo de producción de 11.200 bloques con 20% de cemento, 30% de arena y 50% de suelo

Sección

Componente

Observaciones

COSTO FINAL/BLOQUE

** Cumple con las características granulométricas y plásticas ideales TC. Trabajador Calificado TNC. Trabajador no calificado

Costo

Unid.

ANEXO 1-32. Costo de proveedor directo y resistencia a compresión axial (f’m) de los bloques de concreto y los ladrillos de arcilla cocida en el mercado nacional

Producto

Dimensión Nominal axhxl (cm)

Peso (kg)

Costo unitario

Piezas/ m²

Costo/ m²

Resistencia Resistencia Compresión Compresión (kg/cm²) (MPa)

ANEXO 1-33. Costo de ferretería y resistencia a compresión axial (f’m) de los bloques de concreto y los ladrillos de arcilla cocida en el mercado nacional

Producto

Dimensión Nominal axhxl (cm)

Peso (kg)

Costo unitario

Piezas/ m²

Costo/ m²

Resistencia Resistencia Compresión Compresión (kg/cm²) (MPa)

ANEXO 1-34. Costo de producción, incluida la utilidad, y resistencia a compresión axial (f’m) del bloque de suelo-cemento

Producto

Dimensión Nominal axhxl (cm)

Peso (kg)

Costo unitario

Piezas/ m²

Costo/ m²

Resistencia Resistencia Compresión Compresión (kg/cm²) (MPa)

Resistencia a la compresión (MPa)

ANEXO 1-35. Costo de ferretería y resistencia a compresión axial (f’m) de los bloques de concreto y los ladrillos de arcilla cocida en el mercado nacional

A B C D

E G I J

F H

Costo/m 2 (colones)

Simbología ID

Producto

Block de arcilla (12x20x40cm)

Ladrillo 2 huecos (10x5x22cm)

Ladrillo 3 huecos (12x6x25cm)

Ladrillo sólido (10x5x22cm)

Block de concreto (12x20x40cm)

Block de concreto (15x20x40cm)

Block de concreto (20x20x40cm)

Block de concreto (15x20x45cm)

Bloque de suelo-cemento (15x10x30cm)

*Bloque en estudio. Costo de producción en sitio más utilidad.

Resistencia a la compresión (MPa)

ANEXO 1-36. Costo de proveedor directo y resistencia a compresión axial (f’m) de los bloques de concreto y los ladrillos de arcilla cocida en el mercado nacional

A B C

D-E

FG H*

Costo/m 2 (colones)

Simbología ID

Producto

Block de arcilla (12x20x40cm)

Block doble ladrillo (12x12x25cm)

Ladrillo 3 huecos (12x6x25cm)

Ladrillo 2 huecos (10x5x22cm)

Ladrillo sólido (10x5x22cm)

Block de concreto (15x20x45cm)

Block de concreto (15x20x30cm)

Bloque de suelo-cemento (15x10x30cm)

*Bloque en estudio. Costo de producción en sitio más utilidad.